【正文】 v i s i onS i z eBD a t e : 14 J un 2 00 8 S he e t o f F i l e : E : \白景坤 \超聲波探傷儀部分電路圖 .ddb D r a w n B y :RCR0 探頭+ 圖 非調(diào)諧式 發(fā)射電路 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 PCI 6221 是 NI 公司推出的 M 系列低價(jià)位多功能數(shù)據(jù)采集卡 ， 它具有 2 路的模擬輸出 ， 16 路模擬輸入 ， 24 路數(shù)字 I /O。 0C 為換能器本身的電容線圈的分布電容及其他分布電容之和。電阻大時(shí)阻尼小，發(fā)射強(qiáng)度大，儀器分辨力低，適宜于探測(cè)厚度大，對(duì)分辨力要求不高的試件。為此提出了如圖 的 硬件 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 評(píng)價(jià)被探工件中某一深度處缺陷的大小，可以利用試塊，通過比較同一深度處的各種人工缺陷波波高的方法來實(shí)現(xiàn)。還有一些非標(biāo)準(zhǔn)的，可能是由用戶制定的參考試塊，它們都是用來調(diào)節(jié)、校驗(yàn)儀器的。直探頭既適宜于單探頭反射法，也適宜于雙探頭穿透法 。 缺 陷 示 意 (a) A型顯示 (b) B型顯示 (c) C型顯示 圖 缺陷顯示方式 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 探頭的種類和結(jié)構(gòu) 探頭是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與聲信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的器件，是超聲波探傷儀的重要組成部分。如圖 (a)所示。 超聲波探傷 儀 超聲波探傷儀是超聲波探傷的主體設(shè)備，它的作用是產(chǎn)生電振蕩加至換能器探頭上，激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)將探頭送回的電信號(hào)進(jìn)行放大，通過一定方式顯示出來，從而得到被探工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷位置和大小等信息。當(dāng)入射角增到到某一數(shù)值，將使縱波反射角為 90176。這種情況構(gòu)成縱波全反射。透射波將分離為折射縱波或折射橫波。與此同時(shí)，由于波形轉(zhuǎn)換，又產(chǎn)生反射橫波。這時(shí)，由于入射角 l? 的大小不同，在第二介質(zhì)中傳播的波，可能是縱波、橫波或表面波，或兼而有之。l?39。當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，其入射方向相對(duì)于 異質(zhì)界面而言，可以是垂直入射，也可以是傾斜入射。超聲波屬于機(jī)械波，只能在彈性介質(zhì)中傳播。 根據(jù)振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間 分類 根據(jù)振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短又可以把超聲波分為連續(xù)波和脈沖波。只有固體介質(zhì)才能承受剪切應(yīng)力，液體和氣體都不能承受剪應(yīng)力。 (4) 超聲波穿透能力強(qiáng) 超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時(shí)，傳播能量損失小，傳播距離大，穿透能力強(qiáng)，在一些金屬材料中其穿透能力可達(dá)數(shù)米。次聲波和超聲波人耳都聽不到。在超聲波探傷系統(tǒng)中，主要運(yùn)用了超聲波在介質(zhì)中的一些傳播原理，因此本章首先簡(jiǎn)要介紹一下有關(guān)超聲波的 基本知識(shí) 。數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)的通信通過 PCI 總線 插槽 來實(shí)現(xiàn)。 則系統(tǒng) 總體 結(jié)構(gòu) 框圖如圖 。 對(duì)此 我們有 兩 種方案可以選擇： 第 一種是 完全采用 LabVIEW 軟件實(shí)現(xiàn)超聲波探傷儀的全部功能，如超聲波信號(hào)發(fā)生器、 缺陷顯示等。 本章小結(jié) 無損檢測(cè)是在不損害被探測(cè)對(duì)象使用性能的條件下探測(cè)物體內(nèi)部缺陷的技術(shù)，對(duì)于降低產(chǎn)品成本、提高安全可靠性、改進(jìn)制造工藝都非常重要。對(duì)位于重軌頭中部的橫向疲勞裂紋，折射角 70176。探頭，加上 0176。的探頭。一些廠家采用計(jì)算機(jī)顯示探傷波形，但實(shí)際上數(shù)據(jù)處理還是采用硬件實(shí)現(xiàn)。 虛擬儀器是由儀器硬件，計(jì)算機(jī)以及虛擬儀器軟件 組合在一起構(gòu)成的。但是我國(guó)超聲探傷儀就整體水平而言，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在很大的差距。超聲波是一種彈性波，具有指向性好、傳播性好、同種介質(zhì)中傳播速度幾乎不變的特點(diǎn)，具有測(cè)量材質(zhì)種類多、探傷深度大、靈敏度高、操作方便、快速、正確、經(jīng)濟(jì)、對(duì)人體無害等優(yōu)點(diǎn)。 無損檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)方面都有著廣泛的應(yīng)用，體現(xiàn)在改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、成品檢驗(yàn)以及設(shè)備服役的各個(gè)階段，體現(xiàn)在新材料和新技術(shù)的研究中，也體現(xiàn)在保證機(jī)器零件、最終產(chǎn)品的可靠性和安全性上。這種儀器是指由計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、通用接口硬件組成的測(cè)試系統(tǒng)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁(yè)面上 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） IV 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） V 復(fù)雜斷面重軌在線無損檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 利用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)超聲波探傷 摘 要 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的超聲 波 探傷儀主要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。 關(guān)鍵詞 ： 虛擬儀器 ； 超聲 波 探傷 ； 數(shù)據(jù)采集 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） VI The Design of Online Nondestructive Testing System of Complex Crosssection Heavy Rail —— Using Virtual Instrument to Achieve Ultrasonic Flaw Detection Abstract The current domestic production of ultrasonic flaw detector takes the main microprocessor as the core and a largescale integrated circuit chips as the external intelligence apparatus. Such equipment has a plex circuit design for hardware, high cost of hardware, long design cycles, the equipment functionality and performance are bound by the hardware at the same time, such as it is very difficult to determine the defect for detectors, hardware is needed for upgrade, and so proceed. For these shortings, the design of a virtual instrument technology designed a virtual ultrasonic flaw detector. The equipment includes puter, the software of virtual instrument and mon interface hardware. It fundamentally overes the abovementioned shortings of the traditional apparatus, uses the puter resources, realizes highly intelligent of the apparatus. The design is divided into two parts. One part is the design of hardware, and its role is the traditional ultrasonic flaw detector launching ultrasonic, after measuring heavy rail, PCI6221 data acquisition card receives defective signal, and sends it to the puter. The other part is the software design, which part includes the user interface design and the processing of defects signal and display, and so on. Key words: virtual instruments。再者，無損檢測(cè)的經(jīng)濟(jì)效益還表現(xiàn)在產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力上，在無損檢測(cè)技術(shù)支持下提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，是保證產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的決定性因素之一 [l]。 近 幾 年來我國(guó)超聲波探傷事業(yè)也取得了巨大的進(jìn)步和發(fā)展。 (3) 由于國(guó)內(nèi)硬件水平低，使得這些依靠硬件電路實(shí)現(xiàn)的儀器價(jià)格非常高。這就避免了傳統(tǒng)儀器那種一旦成型、功能就固化、不易再更改的缺陷。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，把探傷死角減到最小 [3]。探頭在 不同位置對(duì)各種傾斜裂紋的探測(cè)原理。 圖 Ⅱ 區(qū)用 370 探頭探測(cè)示意圖 為了同時(shí)檢查軌頭內(nèi)、外測(cè)至少需要兩只 70176。要解決這類缺陷的檢查最好用折射角 β在 15176。對(duì)于軌底橫向缺陷，用折射角 37176。本課題設(shè)計(jì)了一臺(tái)虛擬超聲探傷儀，系統(tǒng) 由 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，虛擬儀器軟件，計(jì)算機(jī)三部分組成。一種是根據(jù)全波采樣數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀的 工作原理，提取回波整體信息 然后再進(jìn)行其他 處理。 實(shí)際 設(shè)計(jì)分三部分 ： 數(shù)據(jù)采集電路、接口電路、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果顯示。 第五章詳細(xì)敘述了 虛擬 超聲波探傷 儀 的軟件設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形圖像處理功能，利用 LabVIEW 強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)了超聲波 缺陷 回波信號(hào)的顯示與存儲(chǔ)讀取 等操作。 (2) 要有能傳播機(jī)械波的彈性介質(zhì)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 (2) 超聲波能量高 超聲波探傷時(shí)的頻率遠(yuǎn)高于聲波，而能量 (聲強(qiáng) )是與頻率的平方成正比。此時(shí)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)疏密相間，故縱 波又稱為壓縮波或疏密波。 因此表面波只能在固體介質(zhì)中傳播，而不能在 液體和氣體介質(zhì)中傳播。根據(jù)波陣面的不同，可以把不同波源發(fā)出的波分為平面波、柱面波和球面波，這里就不作詳細(xì)介紹了。稱為反射波 ；內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 另一部分將通過界面進(jìn)入第二介質(zhì)，稱為透射波。 L 稱為入射波。 1S 與法線的夾角 39。 下面分別對(duì)反射和折射情況進(jìn)行分析。 llll cc ?? ?? （ 32） 橫波入射用同樣的方法分析，在特殊情況下，當(dāng)入射角為零，即垂直入射時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)與入射方向相反的反射波，縱波反射角也等于零，這是最簡(jiǎn)單的情況。當(dāng) l? =90176。 如：采用水浸法，使縱波以適當(dāng)角度傾斜入射至水和鋼的界面，在鋼中產(chǎn)生折射橫波。時(shí) ，則不再產(chǎn)生反射縱波?，F(xiàn)在大多已被脈沖探傷儀所取代。探頭接收信號(hào)幅度以光點(diǎn)灰度表示，或者以不同的顏色表示。在超聲波探傷中常用的探頭包括直探頭、斜探頭、表面波探頭、雙晶探頭等。比如在探測(cè)鍛件時(shí)，一般選用直探頭在鍛壓面上探測(cè) ； 而在檢查焊縫時(shí)，因?yàn)榇嬖诤缚p加強(qiáng)面以及危險(xiǎn)缺陷大多垂直于或大致垂直于探測(cè)面，一般選用斜探頭探傷。 (2) 確定探傷靈敏度和評(píng)價(jià)缺陷的大小 大多數(shù)的探傷儀都有較大的靈敏度調(diào)整范圍，以便能探測(cè)不同種類、不同厚度的工件。同時(shí)，為了更加直觀對(duì)比缺陷，介紹了標(biāo)準(zhǔn)試塊。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固有參數(shù)決定，頻帶較寬。放電線路 ： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 14 J un 2 00 8 S he e t o f F i l e : E : \白景坤 \超聲波探傷儀部分電路圖 .ddb D r a w n B y :RC0CR0探頭L0+ 圖 調(diào)諧式 發(fā)射電路 CC ???? 諧振回路地可控硅 。反之亦然。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 24 圖 PCI6221數(shù)據(jù)采集卡管腳圖 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn) 回波的接收 、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換、與計(jì)算機(jī)的串行通信等 功能 。可插接顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、內(nèi)置 Modem、內(nèi)置 ADSL Modem、 卡、 IEEE1394 卡、 IDE 接口卡、 RAID 卡、電視卡、視頻采集卡以及其它種類繁多的擴(kuò)展卡。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。 LabVIEW也有完善的仿真、調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步等。這種系統(tǒng)采用 PCI 或 ISA 計(jì)算機(jī)本身的總線，故將數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)插入計(jì)算機(jī) 的空槽中即可。 (1) 應(yīng)用程序 應(yīng)用程序含兩個(gè)方面：實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序；定義測(cè)試功能的流程圖軟件程序。 虛擬儀器不需要大量的開關(guān)、連接線和按鍵，要改變功能只需通過軟件構(gòu)