【正文】 向電流很小(181。光電式傳感器是60年代發(fā)展起來的一門新技術(shù)，光電傳感器由于反應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)非接觸測量，而且精度高、分辨力高和可靠性好，加之半導(dǎo)體光敏器件具有體積小、重量輕、功耗低和便于集成等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于軍事、宇航、通信、檢測與工業(yè)自動化控制等多種領(lǐng)域中。探頭，為了能檢查到螺栓孔四個(gè)象限的斜裂紋。鋼軌的缺陷主要有核傷、螺孔裂紋及其他各種方向的斜裂紋等，國內(nèi)外大體一樣因而相應(yīng)的探傷方法也都大同小異，一般是用前后兩個(gè)方向70度的探頭探測核傷，用前后兩個(gè)方向37度到45度的探頭探測螺孔裂紋及其他斜裂紋，而0度探頭則用來探測水平裂紋及縱向裂紋等[1]。一般鋼軌，指鋪設(shè)鐵路干線、專用線、彎道及隧道用軌。采用 LabVIEW 開發(fā)平臺設(shè)計(jì)的基于 PCDAQ 的虛擬儀器測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。虛擬儀器軟件主要由兩部分組成，即應(yīng)用程序和I/O接口儀器驅(qū)動程序。⑸研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。常用的加載方式有以下幾種。所以全息圖上所記錄的狀態(tài)實(shí)際上是物體在振動的兩個(gè)端點(diǎn)狀態(tài)的疊加?？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。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)光波疊加就會產(chǎn)生干涉條紋。這種技術(shù)的依據(jù)是物體內(nèi)部的缺陷在外力作用下，使它所對應(yīng)的物體表面產(chǎn)生與其周圍不相同的微差位移。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?？臻g相干性不好，會使再現(xiàn)像的分辨力局部或整體上降低，嚴(yán)重的會使再現(xiàn)像消失。 激光全息干涉光路圖。為了了解這種檢測方法的原理，首先簡單介紹光的干涉現(xiàn)象。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。 氦氖激光器能級簡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)。氦氖激光器是在1960年成功運(yùn)轉(zhuǎn)的第一臺氣體激光器，也是繼紅寶石激光器后出現(xiàn)的第二臺激光器，由于它結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、工作可靠、壽命長、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。這就是激光振蕩器或簡稱激光器的基本原理。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。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。由于激光的單色性好，其相干時(shí)間就長，相干長度也就越長。與此同時(shí)，氦氖激光器輸出的光，波長分布范圍非常窄，因此顏色極純。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。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。激光在我國最初被稱為“萊塞”，即英語“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”。檢測系統(tǒng)主要由光電傳感器（激光探頭）、信號處理電路、數(shù)據(jù)采集卡（PCI6221）和計(jì)算機(jī)四部分組成。多年來，激光全息無損檢測的理論、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具有某些獨(dú)到之處，解決了用其他方法無法解決的問題，因此激光全息無損檢測由于具有諸多優(yōu)點(diǎn)而使其得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用?？茖W(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，無論是計(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。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)。這是就全球虛擬儀器市場而言，就國內(nèi)市場，我們可以大力發(fā)展PXI總線。同時(shí)又具有進(jìn)一步擴(kuò)展其功能?！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。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，測試項(xiàng)目日益增多，測量范圍日漸擴(kuò)大，對測試系統(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)和完善測量儀器和測試方法，組建自動測試系統(tǒng)，使測試儀器逐步向智能化、自動化和虛擬化發(fā)展演變。而且射線照相法還必須要求射線與裂紋平行，這樣對復(fù)雜形狀的構(gòu)件檢測困難較大，容易造成漏檢。與此同時(shí)，我國已有一批生產(chǎn)無損檢測儀器設(shè)備的專業(yè)廠，主要生產(chǎn)常規(guī)無損檢測技術(shù)所需的儀器和設(shè)備。 Virtual Instrument內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘 要 IAbstract II第一章 引 言 1 無損檢測技術(shù) 1 1 2 2 虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展、演變和前景展望 3 3 4 激光無損檢測系統(tǒng)研究的背景、目的及意義 6第二章 激光無損檢測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及相關(guān)介紹 8 激光無損檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 8 9 9 14 22 22 23 23 25 26第三章 激光無損檢測系統(tǒng)硬件的介紹 28 28（PCI6221）的介紹 30 31 32 33第四章 激光無損檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 37 虛擬儀器軟件開發(fā)平臺簡介 37 37 37 激光無損檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 38 激光無損檢測系統(tǒng)程序框圖的設(shè)計(jì) 38 47 激光無損檢測系統(tǒng)探傷信號的分析 49第五章 激光無損檢測設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試與總結(jié) 51 激光無損檢測系統(tǒng)軟件運(yùn)行和調(diào)試 51 激光無損檢測系統(tǒng)軟件的運(yùn)行 51 激光無損檢測系統(tǒng)軟件的調(diào)試 51 總結(jié) 53參 考 文 獻(xiàn) 55附錄 激光全息無損檢測系統(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 無損檢測技術(shù)無損檢測是以不損壞被檢驗(yàn)對象的性能為前提，應(yīng)用多種物理原理和化學(xué)性能，對各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有效地檢驗(yàn)和測試，借以評價(jià)它們的連續(xù)性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。激光探頭利用激光全息檢測技術(shù)，對重軌斷面進(jìn)行檢測并輸出電量信號，經(jīng)信號處理電路處理，變成標(biāo)準(zhǔn)信號。 本設(shè)計(jì)主要是利用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)激光無損檢測。 Heavy rail。已建立和發(fā)展了一支訓(xùn)練有素、技術(shù)精湛的無損檢測隊(duì)伍。常規(guī)的射線照相法，可用于探測有間隙的缺陷裂紋、氣孔、夾雜、腐蝕和厚度變化，對緊貼型缺陷無能為力，激光全息采用適當(dāng)?shù)募虞d方式，可檢測出間隙型和緊貼型缺陷。 虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展、演變和前景展望傳統(tǒng)的電子測量儀器、測試系統(tǒng)由“信號采集”、“數(shù)據(jù)處理與分析”和“數(shù)據(jù)結(jié)果的最終顯示”三部分組成放在一個(gè)儀表機(jī)箱內(nèi)，這三部分都是用電子線路來實(shí)現(xiàn)的，即都是采用硬件來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，采用不同的軟硬件組合，用戶就能在屏幕上定義自己的儀器，生成各種不同的“儀器面板”。它在保持高檔儀器測量品質(zhì)的同時(shí)，還可以滿足目前各種應(yīng)用的多樣性要求?？梢灶A(yù)測，未來幾年虛擬儀器領(lǐng)域?qū)荘XI總線的天下。軟硬件廠商都按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范開發(fā)各自的軟硬件產(chǎn)品，使其具有最佳的互換性能。利用 Data Socket技術(shù)，用戶可以和其他有 Internet功能的程序迅速建立連接并共享數(shù)據(jù)，而無需擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)格式等問題。激光全息無損檢測是無損檢測技術(shù)中的一個(gè)新分支，是60年代末期發(fā)展起來的，是全息干涉計(jì)量技術(shù)的重要應(yīng)用之一。第二章 激光無損檢測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及相關(guān)介紹 激光無損檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。在 LabVIEW 平臺下，調(diào)用信號處理子模板，編寫儀器功能流程和功能算法，設(shè)計(jì)虛擬儀器前面板，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，運(yùn)行程序，將在虛擬儀器前面板上顯示檢測結(jié)果，通過分析比較，判斷被檢測的重軌斷面是否存在缺陷，并確定被檢測的重軌斷面受損程度及位置，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和讀取處理，至此完成了本設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需要完成的任務(wù)?！【捅拘远?，激光和普通光源發(fā)出的光波并無差別，它們都是電磁波。⑴方向性所謂激光的方向性好，是指激光器發(fā)出的光能流在空間方向上高度集中，或者說激光束具有高度的準(zhǔn)直性。在低溫條件下，其寬度為=。時(shí)間相干性與單色性存在著簡單聯(lián)系。然而，采用開關(guān)技術(shù)的巨脈沖紅寶石激光器的輻射亮度可達(dá)太陽的100億倍，這個(gè)亮度相當(dāng)于氫彈爆炸時(shí)閃光的亮度。通常，受激輻射與受激吸收兩種躍遷過程是同時(shí)存在的，前者使光子數(shù)增加，后者使光子數(shù)減少。即便沒有入射光，只要發(fā)光物質(zhì)中有一個(gè)頻率合適的光子存在，便可像連鎖反應(yīng)一樣，迅速產(chǎn)生大量相同光子態(tài)的光子，形成激光。⑹可測量動態(tài)物體，如自動化機(jī)械的感測系統(tǒng)的車削振動等。、[10]。在不同的外界載荷作用下，物體表面變形的程度是不相同的。檢驗(yàn)大尺寸物體，可借助干涉條紋的數(shù)量和分布狀態(tài)來確定缺陷的大小、部位和深度，這種檢測方法靈敏度高，還具有非接觸檢測、直觀、檢測結(jié)果便于保存等特點(diǎn)。滿足上述條件的兩束光波叫相干波。在拍攝離軸全息圖時(shí)，對物體的照明光束沒有空間相干性要求，但要求參考光束有良好的空間相干性。具有單一頻率的光源相干長度為無窮大。激光全息照相用于產(chǎn)品的無損檢測，采用的是全息干涉計(jì)量技術(shù)，它是激光全息照相干涉計(jì)量技術(shù)的綜合。這時(shí)對物體加載，物體的表面會產(chǎn)生變形，受載后的物體表面光波和再現(xiàn)的物體虛像之間就形成了微量的光程差。這種條紋表現(xiàn)在觀察方向上的等位移線，兩條相鄰條紋之間的位移差約為再現(xiàn)光波的半個(gè)波長，若用氦氖激光器作光源。但由于物體是作正弦式周期性振動，因此，把大部分時(shí)間消耗在振動的兩個(gè)端點(diǎn)上。但是，如果缺陷位置過深，在加載時(shí)，缺陷反映不到物體表面或反映非常微小時(shí)，則無法采用激光全息檢測。用激光全息照相記錄時(shí)，就要在全息圖中顯示出突變的干涉條紋圖樣。⑷儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需要更新相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，而不需購買新的儀器，節(jié)省了物質(zhì)資源。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)為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)；VXI系統(tǒng)是以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(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)為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(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)為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線[14]。由于使用LabVIEW平臺，使4 個(gè)層次的軟件實(shí)現(xiàn)變得容易了許多。 基于 PCDAQ 的虛擬儀器測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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?、激光衍射傳感器和激光掃描傳感器，其中以激光干涉?zhèn)鞲衅鞯膽?yīng)用居多。 激光探頭檢測原理圖 光敏二極管是最常見的光電傳感器。（PCI6221）的介紹通常，數(shù)據(jù)采集設(shè)備是一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，與計(jì)算機(jī)的連接可以采用多種方式。 PCI6221的引腳 信號調(diào)理是將來自傳感器的微弱電壓信號經(jīng)過調(diào)理電路調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。根據(jù)輸入輸出電阻匹配原則，因此選擇同相放大電路。噪聲和干擾信號的頻率與有用信號的頻率相差較大，就可采用一種對頻率能進(jìn)行選擇的電路，過濾掉噪聲和干擾信號，保留有用信號。這樣才能使通帶內(nèi)輸入信號的頻率成分得以不失真地傳輸，而在通帶外的頻率成分被全部衰減。圖〔c〕是一帶通濾波器的幅頻特性，它是僅讓高于頻率和低于頻率的頻率成分以常值增益通過。第四章 激光無損檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 虛擬儀器軟件開發(fā)平臺簡介虛擬儀器以軟件為核心，其軟件又以美國NI公司的LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺最為常用。LabVIEW具有很強(qiáng)的開放性，是一個(gè)開放的開發(fā)環(huán)境，能和第三方軟件輕松連接。與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比，程序框圖相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的功能部件。 激光探傷信號的采集這個(gè)檢測信號采集子程序的實(shí)現(xiàn)，是采用了NIDAQmx軟件。⑵NIDAQmx定時(shí)函數(shù)，配置定時(shí)以用于硬件定時(shí)的數(shù)據(jù)采集操作。激光探傷信號采集程序中NIDAQmx讀取VI配置成從單個(gè)模擬輸入通道中讀取多個(gè)采樣并以波形的形式返回?cái)?shù)值。對于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)，激光探傷信號的處理模塊子程序。對于IIR濾波器，沖激響應(yīng)會無限持續(xù)，輸出取決于當(dāng)前及過去的輸入信號值和過去的輸出信號值。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號的幅值隨調(diào)制信號的值變化，因此調(diào)幅信號的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號一致。下面就基于希爾伯特變換的解包絡(luò)分析作以下介紹[19]：⑴ 希爾伯特變換。二者構(gòu)成一解析函數(shù)式，可表示為 （45）由此得到振動信號的幅值調(diào)制信號為 （46）上述過程完成了對信號的解包絡(luò)分析。二進(jìn)制是存儲數(shù)據(jù)的最緊湊、最快捷的格式。此外，對于在線重軌作激光全息無損檢測時(shí)，為了能使檢測系統(tǒng)自動保存有缺陷波曲線數(shù)據(jù)，減少人工控制帶來的誤差和不便。使用的VI是Close File和Simple Error Handler。 激光全息無損檢測系統(tǒng)無傷的軟件前面板顯示圖這樣通過前面板對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，對程序框圖的執(zhí)行運(yùn)行操作，在前面板上顯示程序運(yùn)行后的結(jié)