【正文】 能在高時鐘頻 率下保持高性能。 分辨率： 16Bit， 采樣率： 250 kS/s。由于諧振回路在 0R 上消耗的能量，振蕩很快停止，形成脈沖波 [l]。電阻小時阻尼大，分辨力高，在探測近表面缺陷時或?qū)Ψ直媪τ休^高要求時應予采用。 探 頭P C I 6 2 2 1 板 卡計 算 機超聲波發(fā)射電路P C I 6 2 2 1 接 線 盒 圖 虛擬超聲波 探傷 儀結(jié)構(gòu)圖 工作原理闡述如下： 首先 傳統(tǒng)超聲波探傷儀的發(fā)射電路產(chǎn)生高壓電脈沖，加到探頭里的壓電晶片上，使晶片產(chǎn)生超聲波，對重軌進行探傷后， 其次由 LabVIEW控制面板的采集鍵控制數(shù)據(jù)采集操作，當按下采集按鈕后， PCI6221數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集 ，然后 輸入到計算機 。這就是超聲波探傷中常說的當量 法。試塊上這些已知的特征可以造成特定的聲內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 學特性，超聲波探傷儀在實際使用時常常采用與試塊相比較的辦法來確定被檢測物體的狀況。使波束傾斜于工件表面射入工件的探頭稱為斜探頭，依入射角度的不同，可以在工件中產(chǎn)生縱波、橫波和表面波，也可以在薄板 中產(chǎn)生板波。目前所用到的探頭，絕大多數(shù)是利用壓電效應原理制作的。 本設(shè)計采用 A 型顯示。 超聲波探傷技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的應用日益廣泛，由于探測對象、探測目的、探測場合、探測速度等方面的不同要求，因而有不同的超聲波探傷儀，常用的有以下幾種 ： 一、按超聲波的連續(xù)性分類 (1) 脈沖波探傷儀 ： 這種儀器通過探頭向工件周期性地發(fā)射不連續(xù)而且頻率不變的超聲波，根據(jù)超聲波的連續(xù)時間及幅度判定工件中缺陷的 位置和大小。如此，定義 第 三 臨界角 為橫波入 射時，使縱波反射角達到 90176。第一臨界角可以按下式確定 ： 2111 sinllcc??? （ 36） (2) 第二臨界角 當入射波為縱波，第二介質(zhì)為固體，且 12 ls cc ＞ 時， 則 ls ??＞ ， s? 也隨著 l? 的增大而增大。這兩種折射波的傳播方向是不同的，且都不同于入射波的方向。根據(jù)幾何光學反射定律，有 1sinsin 1139。在圖中，透過界面后就是縱波 2L 和橫波 2S 。s?l?s? 圖 超聲波在平面異質(zhì)界面的折射和反射 根據(jù)幾何光學原理，聲束 L 入射到平面界面上時，有一部分反射回第一介質(zhì)，即 1L和 1S ，分別稱為反射縱波和反射橫波。當垂直入射時，只有反射和透射 ； 當傾斜入射 時 ，除反射外，透射波要發(fā)生折射現(xiàn)象，同時伴隨著有波型轉(zhuǎn)換。因此，當它遇到真空界面時，就只能以某種形式返回。 (1) 波源持續(xù)不斷地振動所輻射的波稱為連續(xù)波。因此橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，而不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播。這是其它的探傷手段所無法比擬的。 超聲波探傷所用的超聲波頻率一般在 ~10 MHz 之間，對鋼等一些金屬材料的檢驗常用的聲波頻率在 1~5MHz。 超聲波概述 超聲波的基本概念 振動和波動是物質(zhì)運動的基本形式之一，物體沿著直線或曲線在某一平衡位置附近作往復周期性的運動，稱為機械振動。 本 課題 主要 做了 如下幾個方面的研究工作 ： 第一章首先介紹無損檢測的概念及超聲檢測技術(shù)的發(fā)展概況及今后的發(fā)展方向，接著介紹了虛擬儀器技術(shù)的概念和構(gòu)成，然后闡述了課題背景及意義，最后給出論文的主要研究內(nèi)容 并介紹了重軌檢測的原理以及方法 。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 P C I 6 2 2 1 接 線 盒發(fā) 射 電 路重 軌缺 陷探 頭P C I 6 2 2 1 板 卡計 算 機（ L a b V I E W ） 圖 虛擬超聲波探傷系統(tǒng)總體 結(jié)構(gòu)圖 工作原理闡述如下：首先 傳統(tǒng)超聲波探傷儀的發(fā)射電路產(chǎn)生高壓電脈沖，加到探頭里的壓電晶片上，使晶片產(chǎn)生超聲波，對重軌進行探傷后 ，其次由 LabVIEW控制面板的采集鍵控制數(shù)據(jù)采集操作，當按下采集按鈕后， PCI6221數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集，并進行相應的 A/D轉(zhuǎn)換后輸入到計算機，然后由 LabVIEW軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、存儲 等操作。 第二 種是 部分采用傳統(tǒng)超聲波探傷儀的功能，如超聲波發(fā)生電路 。超聲波是應用最廣的無損檢測方法，它具有被測范圍廣、檢測深度大、靈敏度高、操作方便、快速、正確、經(jīng)濟、對人體無害等優(yōu)點。探頭與前進方向偏角越大（一般 14176。直探頭，共五只探頭。 圖 Ⅱ 區(qū)用 0176。原理圖如圖 所示。例如武漢中科創(chuàng)新技術(shù)公司的多用途多通道超聲波探傷系統(tǒng)，其硬件電路復雜、體積龐大，沒有體現(xiàn)出虛擬儀器內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4 充分利用計算機資源，節(jié)約硬件成本，降低硬件開發(fā)難度的優(yōu)點。它是既有普通儀器功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器。 目前國內(nèi)生產(chǎn)的超聲探傷儀大都是以微處理器為核心，以大規(guī)模集成芯片為外圍電路的智能化儀器。 超聲波在無損檢測中的應用在 40 年代就開始了，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)成為一項非常成熟的探傷手段，對于發(fā)展宇航、能源、材料等高科技產(chǎn)業(yè)尤為重要。世界各國對無損檢測技術(shù)的研究都非常重視。它從根本上克服了傳統(tǒng)儀器的上述缺點，利用了計算機的資源，實現(xiàn)了儀器的高度智能化。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙 應符合國家技術(shù)標準規(guī)范。另一部分是軟件 設(shè)計 ，該 部分包括用戶界面設(shè)計和缺陷信號的處理 與 顯示 等 。據(jù)測算，我國不良品的年損失約 20xx 億元。 國際上對超聲波探傷儀的研制在經(jīng)歷模擬儀器、數(shù)字儀器后，已經(jīng)從智能化儀器轉(zhuǎn)向虛擬儀器，而且發(fā)展到了很高的水平，已經(jīng)實現(xiàn)了逼真再現(xiàn)物體內(nèi)部三維缺陷的功能，整個缺陷的形狀特點可在屏幕上完全清楚地看到 [l]。 (2) 在采用橫波斜探頭探傷時，探 頭的標定不夠簡化，折射角和探頭前沿都需要人內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3 工測量，如汕頭超聲儀器廠，武漢科聲公司等的儀器都存在這些問題。 與智能化儀器相比而言，虛擬儀器有突出的優(yōu)點，它的軟件可隨時更改，使之具有新的功能。 重軌的探測面沒有選擇的余地，探頭只能分布在軌頭頂面。圖 為 β=37176。 對于Ⅲ區(qū)，由于其結(jié)構(gòu)復雜，既有 傾斜裂紋 ，又有 縱向裂紋 ，可以選用其它無損檢測方法，如渦流無損檢測等。左右）。探頭并不一定很合適，需要定期調(diào)換探頭方向，減少漏檢。由于硬件的束縛，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 這種探傷儀有成本高、智能化程度低、設(shè)計復雜，功能固化等缺點。在這種方案中， 硬件部分 用傳統(tǒng) 超聲波探傷儀的發(fā)射電路產(chǎn)生 高壓電脈沖 ， 加到探頭里的壓電晶片上，使晶片產(chǎn)生超聲波，對 重軌進行探傷后，利用 PCI6221數(shù)據(jù)采集卡 進行 采集 缺 陷回波信號 ， 然后 輸送到計算機內(nèi) ， 這時 怎樣處理回波信號 就成了關(guān)鍵問題，對此我們 有兩種方案 來 處理回波信號。 軟件部分 界面操作方便，可以直觀顯示超聲波 缺陷 回波信號，存儲波形、讀取波形等。 第四章詳細敘述了 虛擬 超聲波探傷 儀 硬件 設(shè)計 ， 闡述了 硬件部分要實現(xiàn)超聲波的發(fā)射、 缺陷回波信號的 接收、數(shù)據(jù)傳輸以及整個電路工作的協(xié)調(diào)控制等功能 。產(chǎn)生機械波必須要有兩個條件 ： (1) 要有作機械振動的波源。超聲波可以像光束一樣具有良好的方向性，可以定向發(fā)射。當介質(zhì)質(zhì)點受到往復壓應力作用時，質(zhì)點之間產(chǎn)生相應的伸縮形變，從而形成縱波。橢圓運動可以看作為縱向振動與 橫向振動的合成，即縱波與橫波的合成 。 根據(jù)波的形狀分類 波的形狀 (波形 )是根據(jù)波陣面的形狀來區(qū)分的。當聲波通過兩種介質(zhì)的界面時，一部分將被界面反射回第一介質(zhì)。 O 點稱為入射點。l? 稱為縱波反射角。如果入射波是橫波，同樣可以按照上述方法分析。sinsinllll cc??? ， 所以， )s in(s in11139。折射波的折射角可按 下內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 式確定 221s ins ins inssllll ccc ??? ?? （ 33） )s in(s in121 llll cc ?? ?? （ 34） )s in(s in121 llss cc ?? ?? （ 35） 2lc — 折射縱波在第二介質(zhì)中的聲速 2sc — 折射橫波在第二介質(zhì)中的聲速 (1) 第一臨界角 當縱波入射時，且在 12 ll cc＞ 時，則由式 (34)可知 ： ll ??＞ ， l? 隨著 l? 的增大而增大。 這種情況下，可利用入射角在第一臨界角和第二臨界角之間的范圍，在固體中產(chǎn)生 一定角度范圍內(nèi)的純橫波，對試件進行檢測。因此，橫波斜入射至鋼與其它介質(zhì)的界面上的入射角大于 176。 (3) 調(diào)頻波探傷儀 ： 這種儀器探頭發(fā)出的是連續(xù)的頻率不斷變化的超聲波，根據(jù)發(fā)射波與反射波的頻差變化情況判斷工件有無缺陷。 (3) C 型顯示探傷儀 ： C 型顯示也是一種圖像顯示，探傷儀熒光屏的縱、橫坐標都是靠機械掃描來代表探頭在工件表面的位置。 超聲波探傷中，由于被探工件的形狀和材質(zhì)、探傷的目的、探傷的條件不同，因而使用各種不同形式的探頭。探頭的類型很多，性能各不相同，需要根據(jù)檢驗的對象合理的選擇探頭。一般來說，在這樣的試塊上摸索到的規(guī)律，也適用于與試塊材質(zhì)、尺寸相同的工件。超聲波探傷是利用超聲波在異質(zhì)界面的反射作用判斷缺陷的存在，利用聲束的指向性對缺陷進行定位，利用超聲反射或穿透聲壓的大小來鑒別材料缺陷的大小 ，缺陷顯示方式分為 A 型、 B 型、 C 型顯示。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧 線圈（有時裝在探頭內(nèi)），諧振頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 22 發(fā)射出的超聲脈沖頻帶較窄。當觸發(fā)脈沖加到可控硅控制極時，使其導電，電容 C 則通過可控硅放電。當 0R 增大時，分流作用減小，阻尼減小，發(fā)射功率增大，同時盲區(qū)增大。另外， AI GND(32 管腳 )與外部信號輸入端的 負端 (或 地線 )相連接。其位寬為 32 位或 64 位，工作頻率為 33MHz,最大數(shù)據(jù)傳輸率為 133MB/sec(32 位 )和 266MB/sec(64 位 )。它還內(nèi)置了便于應用 TCP/IP、 ActiveX 等軟件標準的庫函數(shù)。 LabVIEW 也是一種通用編程系統(tǒng)，具有各種各樣、功能強大的函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集、 GPIB、串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，甚至還有目前十分熱門的網(wǎng)絡功能。 被 測 信 號P C D A Q 系 統(tǒng)G P I B 系 統(tǒng)V X I 系 統(tǒng)P X I 系 統(tǒng)串 口 系 統(tǒng)計 算 機I / O 接 口 設(shè) 備 圖 虛擬儀器的構(gòu)成框圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 28 PCDAQ 系統(tǒng)：它是以數(shù)據(jù)采集板、信號調(diào)理電路及計算機為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。 軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器軟件由兩大部分構(gòu)成： 應用程序和 I/O 接口儀器驅(qū)動程序。虛擬儀器是一種軟件化的測量裝置，用戶可以通過軟件定義一臺虛擬儀器和虛擬面板，然后通過計算機進行控制，計算機就像一臺萬用的儀器一樣，只要改變軟件就可以改變它的功能。這些軟件開發(fā)工具為用戶設(shè)計虛擬儀器應用軟件提供了最大限度的方便條件與良好的開發(fā)環(huán)境。 PXI 系統(tǒng)：以 PXI 標準總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。 本 課題 介紹目前虛擬儀器的主流開發(fā)工具 ，該軟件提供了非常豐富的數(shù)據(jù)采集和數(shù)學分析函數(shù)和工具，具有創(chuàng)造力的圖形語言（ G 語言）開發(fā)環(huán)境，使得程序的編輯、調(diào)試等都非常方便，快捷，高效。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖。 本章小結(jié) 硬件電路 主要是傳統(tǒng)超聲波探傷儀的發(fā)射電路部分和 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 ，具體功能 是傳統(tǒng)超聲波探傷儀 對重軌進行測量后， PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 采集 缺陷 回波信號 ，并 傳輸給計算機 。從結(jié)構(gòu)上看， PCI 是在 CPU 和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e