【正文】 .................................................................... 37 虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)的特點(diǎn) ..................................................................... 37 激光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................................................... 38 激光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)程序框圖的設(shè)計(jì) ............................................................ 38 激光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)和波形顯示 ................................................. 47 激光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)探傷信號(hào)的分析 ............................................................ 49 第五章 激光無(wú)損檢測(cè)設(shè)計(jì)系 統(tǒng)的調(diào)試與總結(jié) .................................................................... 52 激光無(wú)損檢測(cè) 系統(tǒng)軟件運(yùn)行和調(diào)試 ....................................................................... 52 激光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)軟件的運(yùn)行 .................................................................... 52 激 光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)軟件的調(diào)試 .................................................................... 52 總結(jié) ........................................................................................................................... 54 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 55 附錄 激光全息無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)軟件程序框圖 ........................................................................ 57 致謝 .......................................................................................................................................... 58 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第一章 引 言 無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 概述 無(wú)損檢測(cè)是以不損壞 被檢驗(yàn)對(duì)象的性能 為前提 ，應(yīng)用多種物理原理和化學(xué)性能，對(duì)各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有效地檢驗(yàn)和測(cè)試，借以評(píng)價(jià)它們的連續(xù)性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。與此同時(shí)，我國(guó)已有一批生產(chǎn)無(wú)損檢測(cè)儀器設(shè)備的專業(yè)廠，主要生產(chǎn)常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)所需的儀器和設(shè)備。 而且射線照相法還必須要求 射線與裂紋平行 ， 這樣對(duì)復(fù)雜形狀的構(gòu)件檢測(cè)困難較大 ， 容易造成漏檢 。傳統(tǒng)儀器經(jīng)歷了從模擬儀器到數(shù)字化儀器的變革，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，測(cè)試項(xiàng)目日益增多，測(cè)量范圍日漸擴(kuò)大，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)在精度、速度及功能 方面有了更高的要求，這就促使 需要 不斷地改進(jìn)和完善測(cè)量?jī)x器和測(cè)試方法，組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，使測(cè)試儀器逐步向智能化、自動(dòng)化和虛擬化發(fā)展演變?！皞鹘y(tǒng)的獨(dú)立儀器由制造商來定義它的功能，而虛擬儀器完全由用戶自己內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 來定義儀器的功能”，透徹地說明了虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的根本區(qū)別。 同時(shí)又具有進(jìn)一步擴(kuò)展其功能 。這是就全球虛擬儀器市場(chǎng)而言 ， 就國(guó)內(nèi)市場(chǎng) ， 我們可以大力發(fā)展 PXI總線。標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果將使不同廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品或不同體系結(jié)構(gòu) （ 如 GPIB、 VXI、USB、 PCI 等 ） 的產(chǎn)品相互兼容 ， 開放性進(jìn)一步增強(qiáng)。 科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，無(wú)論是計(jì)算機(jī)還是組建虛擬儀器用的板卡的性能和價(jià)格都將發(fā)生更大的變化。多年來，激光全息無(wú)損檢測(cè)的理論、技術(shù)、照相系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)都有了很大發(fā)展，在航空航天工業(yè)中 ， 對(duì)復(fù)合材料 、 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)、疊層結(jié)構(gòu)、航空輪胎和高壓管道容器的檢測(cè)具有某些獨(dú)到之處，解決了用其他方法無(wú)法解決的問題 ，因此 激光全息無(wú)損檢測(cè)由于具有諸多優(yōu)點(diǎn)而使其得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用 。檢測(cè) 系統(tǒng)主要由光電傳感器（激光探頭）、信號(hào)處理電路、數(shù)據(jù)采集卡（ PCI6221）和計(jì)算機(jī)四部分組成。 激光 及激光 全息檢測(cè)技術(shù) 激光基本知識(shí)的介紹 激光在我國(guó)最初被稱為“萊塞”，即英語(yǔ)“ Laser”的譯音，而“ Laser”是“ Light Amplification by Stimutated Emission of radiation”的縮寫，意思是“輻射的受激發(fā)射光放大” 。但是就光的產(chǎn)生機(jī)制與產(chǎn)生方式而言，兩者卻有很大區(qū)別。 普通光源是向著三維空間的所有可能的方向發(fā)光的，即使經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)把光能流進(jìn)行集中，其發(fā)射度亦較激光大得多。與此同時(shí)，氦氖激光器輸出的光， 波長(zhǎng)分布范圍非常窄 ， 因此顏色極純。由于激光的單色性好，其相干時(shí)間就長(zhǎng)，相干長(zhǎng)度也就越長(zhǎng)。 上述幾 點(diǎn)是激光的主要特性，它和激光的另外幾條特性也是相互聯(lián)系的。當(dāng)一束光通過發(fā)光物質(zhì)后，究竟是光強(qiáng)增大還是減弱，要看這兩種躍遷過程哪個(gè)占優(yōu)勢(shì)。這就是激光振蕩器或簡(jiǎn)稱激光器的基本原理。 氦氖激光器 氦氖激光器是在 1960 年成功運(yùn)轉(zhuǎn)的第一臺(tái)氣體激光器，也是繼紅寶石激光器后出現(xiàn)的第二臺(tái)激光器，由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠、壽命長(zhǎng)、頻率穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新型光源，應(yīng)用比較廣泛。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） H e2 s 2 s 1 s5 S4 S6 2 3 . 8 納 米3 . 3 9 微 米4 P3 P1 8 . 7 e V1 6 . 7 0 e V3 P3 S1 . 1 5 微 米碰 撞 轉(zhuǎn) 移電 子 轉(zhuǎn) 移1 9 . 7 8 e V 圖 氦氖激光器 能級(jí)簡(jiǎn) 圖 氦氖激光器 有如下 特性 ： HeNe 激光器在可見區(qū)和紅外區(qū)可產(chǎn)生多種波長(zhǎng)的激光譜線；它具有一般的氣體激光器所固有的方向性好，單色性好， 相干性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。激光全息照相 技術(shù) ，是將物體表面和內(nèi)部的缺陷，通過外界加載的方法，使其在相應(yīng)的物體表面造成局部的變形，用全息照相來觀察和比較這種變形，并記錄下不同外界載荷作用下的物體表面的變形情況，進(jìn)行觀察和分析，然后判斷物體內(nèi)部是否存在缺陷。 為了了解這種檢測(cè)方法的原理，首先簡(jiǎn)單介紹光的干涉現(xiàn)象。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 快 門分 光 鏡擴(kuò) 束 鏡物體全息干板擴(kuò) 束 鏡全反射全反射激 光 器 圖 激光全息干涉光路圖 圖 是激光全息照相檢測(cè)的光路示意圖?？臻g相干性不好，會(huì)使 再 現(xiàn)像的分辨力局部或整體上降低，嚴(yán)重 的會(huì)使再現(xiàn)像消失 。 ⑵ 感光材料 全息拍攝是光波相互干涉的過程，參考光束與物光束之間 有一不小的夾角，全息底片記錄下來干涉條紋的頻率很高，因此要求全息底片必須有很高的分辨力。這種技術(shù)的依據(jù)是物體內(nèi)部的缺陷在外力作用下，使它所對(duì)應(yīng)的物體表面產(chǎn)生與其周圍不相同的微差位移。由于兩個(gè)光波都是相干光波（來自同一個(gè)激光源），并幾乎存在于空間的同一位置，因此，這兩個(gè)光波疊加 就會(huì)產(chǎn)生干涉條紋?？梢詮倪@種干涉條紋的形狀和分布來判斷物體內(nèi)部是否有缺陷。所以全息圖上所記錄的狀態(tài)實(shí)際上是物體在振動(dòng)的兩個(gè)端點(diǎn)狀態(tài)的疊加。常用的加載方式有以下幾種。 虛擬儀器 在虛擬儀器系統(tǒng)中 ， 硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出 ， 軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵 。 ⑸ 研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。這種系統(tǒng)采用 PCI 或計(jì)算機(jī)本身的 ISA 總線，將數(shù)據(jù)采集卡 /板 (DAQ) 插入計(jì)算機(jī)的空槽中即可； GPIB 系統(tǒng)是以 GPIB 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng) ； VXI 系統(tǒng)是以 VXI 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線； PXI 系統(tǒng)是以 PXI 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線；串口系統(tǒng)是以串口系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線 [14]。由于使用 LabVIEW 平臺(tái)，使 4 個(gè)層次的軟件實(shí)現(xiàn)變得容易了許多。 電 量 傳 感 器非 電 量 傳 感 器其 他 電 量 傳 感 器信號(hào)處理電路數(shù) 據(jù)采集卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序計(jì) 算 機(jī)虛 擬 儀 器 前 面 板應(yīng) 用 程 序L a b V I E W 字 模 板L a b V I E W 開 發(fā) 平 臺(tái) 圖 基于 PCDAQ 的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 重軌 每米公稱重量大于 30 公斤的鋼軌，屬于重軌，重軌 又 分為一般鋼軌和起重機(jī)軌兩種。根據(jù)重軌中傷損的分布及形狀和取向，需要有垂直入射的探頭，以及要有不同角度傾斜入射的探頭才能盡量擴(kuò)大檢查區(qū)域。 為了同時(shí)檢查軌頭內(nèi)、外測(cè)至少需要兩只 70176。激光式傳感器按工作原理的不同可以分為三類：激光干涉?zhèn)鞲衅鳌⒓す庋苌鋫鞲衅骱图す鈷呙鑲鞲衅?，其中以激光干涉?zhèn)鞲衅鞯膽?yīng)用居多。 激光探頭檢測(cè) 的 檢測(cè) 原理 圖如圖 所示。當(dāng)這兩束光在光電 轉(zhuǎn)換 元件處相遇產(chǎn)生干涉現(xiàn) 象，形成了干涉條紋，條紋的明暗和間距變化記錄了物體光波的振幅和相位信息，是一些非常細(xì)密的、很不規(guī)律的干涉條紋，它是一種光柵，相干光波照射到光電 轉(zhuǎn)換 元件上，由于光強(qiáng)強(qiáng)弱差異在光電 轉(zhuǎn)換 元件上引起輸出電信號(hào)的差異，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)向電信號(hào)的合理轉(zhuǎn)換。 激光探頭的基本工作 原理 為：從氦氖激光器發(fā)出的頻率很高的激光經(jīng)過分光鏡，分成兩束光。通常把光電效應(yīng)分為三類： ⑴ 在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等； ⑵ 在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏晶體管等； ⑶ 在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，如光電池等。 激光探頭 激光探頭 ，也 可 稱 為 光電式傳感器。對(duì)于 Ⅱ 區(qū)水平裂紋、縱向垂直裂紋，可采用 0176。 ⅠⅠⅡⅢⅢ軌 頭軌 腰軌 底 圖 重軌橫截面 和側(cè)面 示意圖 重軌的形狀比較復(fù)雜，呈工字形，由軌頭、軌腰、軌底等幾種不同的幾 何形狀組成，接頭處還有螺栓孔等等， 如圖 所示 。 ⑸ 在 LabVIEW 平臺(tái)下，調(diào)用信號(hào)處理子模板，編寫儀器功能流程、功能算法，設(shè)計(jì)虛擬儀器前面板。測(cè)試軟件的主要任務(wù)是： ⑴ 規(guī)范組成虛擬儀器的硬件平臺(tái)的哪些部分被調(diào)用，并且規(guī)范這些部分的技術(shù)特性； ⑵ 規(guī)范虛擬儀器的調(diào)控機(jī)構(gòu)，設(shè)置調(diào)控范圍，其中不少功能和性能直接由軟件實(shí)現(xiàn)； ⑶ 規(guī)范測(cè)試程序； ⑷ 調(diào)用數(shù)據(jù)處理和高級(jí)分析庫(kù)，處理和變換測(cè)試結(jié)果； ⑸ 在電子計(jì)算機(jī)的顯示屏上顯示測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)、曲線簇、模型甚至多維模型； ⑹ 規(guī)范測(cè)試結(jié)果的信息存儲(chǔ) 、傳送或記錄。參見圖。 ⑶ 儀器的功能可以根據(jù)用戶需要由軟件自行定義，而不是由廠家事先定義的，增加了系統(tǒng)靈活性。因此 ， 造成該處的變形量相應(yīng)也較大，從而形成缺陷位置相對(duì)于周圍的表面 變形有了一個(gè)微差位移。一般使物體表面產(chǎn)生 ，就可以使物體內(nèi)部的缺陷在干涉條紋圖樣中有所表現(xiàn)。在攝制時(shí)所需的曝光時(shí)間要比物體振動(dòng)循環(huán)的一個(gè)周期長(zhǎng)得多，即在整個(gè)曝光時(shí)間內(nèi)，物體要能夠進(jìn)行許多個(gè)周期的振動(dòng)。這時(shí)，所看到的再現(xiàn)現(xiàn)象、除了顯示出來原來物體的全息像外，還產(chǎn)生較為粗大的干涉條紋圖樣。 ⑴ 實(shí)時(shí)法 先拍攝物體在不受力時(shí)的全息圖，沖洗處理后，把全息圖精確地放回到原來拍攝的位置上，并用與拍攝全息圖時(shí)的同樣參考光照射，則全息圖就再現(xiàn)出物體三維立體像（物內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 體的虛像），再現(xiàn)的虛像完全重合在物體上。 ⑷ 其他條件 為得到高質(zhì)量的全息圖，除了 上面三個(gè)條件外，還要考慮物光和參考光的等光程、物光與參考光的光強(qiáng)比以及物光與參考光之間的夾角等因素。相干長(zhǎng)度與光源的頻帶寬度成反比。 拍攝全息圖的條件 ⑴光源 激光全息攝影是一個(gè)干涉過程，因此其光源必須是具有良好的時(shí)間相干性和空間相干性的相干輻射源。 ⑶ 兩束光波在相遇處的光程差，即兩束光波傳播到該處的距離差值不能太大。 激光全息檢測(cè)對(duì)被校驗(yàn)對(duì)象沒有特殊