【正文】 后 ，便得到振蕩波所花的確切傳遞時間。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 無損檢測技術的發(fā)展趨勢 第十五屆世界無損檢測會議 (WCNDT)肯定了無損檢測技術未來的發(fā)展趨勢 — 向無損評價 (NDE:NonDestructive Evaluation)方向發(fā)展。渦流檢測是根據(jù)電磁感應原理 ， 導電材料在變交磁場作用下將產生渦流 ， 導電材料的表面層和近表面層的缺陷會影響產生渦流的大小和分布。 研究意義 對在役金屬管道進行壁厚檢測的主要目的 是 為了探測管道在使用過程中壁厚的減薄程度，并依此推測壁厚減薄速度、在一定時期內的減薄總量，通過計算分析判定剩余壁厚能否滿足強度及使用壽命的要求。 作為同位素儀表的一個分支， γ 射線測厚儀在工業(yè)測量中也越來越多地發(fā)揮重要作用。 根據(jù)介質特性及工藝條件的不同，金屬管道在使用過程中，其整體或局部可能受到腐蝕、沖蝕、磨損等破壞性作用，使管壁逐漸減薄。膠片經(jīng)過處理得到了圖像 ， 進行靈敏的實時監(jiān)測 ， 但射線對人體有害。滲透檢測可用于表面穿透性裂紋的檢測 ， 具有簡便、快捷、可靠等特點。 超聲波測厚儀 利用超聲波脈沖反射原理 ， 通過發(fā)射的超聲波脈沖至涂層 /基材 ， 計算脈沖通過涂層/基材界面反射回發(fā)射器所花的時間來計算涂層的厚度。 它 具有比 x 射線還要強的穿透能力。電子對效應截面 σ p 與光子能量 Er 的關系： 當 Er 稍大于 2 20mc 時， 2p Z Er? ? (25) 當0 22Er mc??時 ， 2 lnp Z Er? ? (26) 由以上可以得出 ： 1) 對于低能 γ 射線和高 Z 的吸收物質，光電效應占優(yōu)勢 ； 2) 對于中能 γ 射線和低 Z 的吸收物質，康普頓散射占優(yōu)勢 ； 3) 對于高能 γ 射線和高 Z 的吸收物質，電子對效應占優(yōu)勢。 透射式 ? 射線測厚儀的組成 本 設計 是基于 γ 射線的管材壁厚連續(xù)測量系統(tǒng)，所以需要先設計一個 γ 射線測厚儀。然而 γ 射線在通過物質時，只是強度逐漸減弱，沒有與物質發(fā)生過相互作用的 γ 光子穿過吸收層時其能量保持不變，因此沒有射程的概念。中心由圓棒、圓筒或細絲形成另一個電極。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡的組成 數(shù)據(jù)采集卡主要由以下 四個部分組成： 1)多路開關 多路開關將多路信號輪流切換到放大器的輸入端，以實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。 PCI 總線也支持總線主控技術，允許智能設備在需要時取得總線控制權，以加速數(shù)據(jù)傳送。 圖形化的程序語言，又稱為 “ G” 語言。 VXI 系統(tǒng)：它是以 VXI(VME eXtension For Instrumentation)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)。 (2) 虛擬儀器可以實現(xiàn)多任務操作。 本設計的數(shù)據(jù)采集框圖程序如下圖 所示 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 數(shù)據(jù)采集程序 濾波 在信號傳輸過程中 ， 經(jīng)常會混入高頻噪聲 ， 噪聲的能量甚至會超過信號的能量 ， 接收端收到信號后 ， 通常首先要進行濾波 ， 然后才能進一步對信號進行處理 。 本章小結 以上是本 設計 的軟件設計部分。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） (3) 儀器 許多參數(shù)調整 沒有固化，根據(jù)自己的使用要求，用戶還可以自己 直接 通過前面板調整 所需功能，使得儀器設計更加開放。越來越多的網(wǎng)絡、工控、管理控制軟件都 將 實現(xiàn) 或 強化 此項功能。這樣 ， 就可以根據(jù)數(shù)據(jù)流流動狀態(tài) ， 跟蹤程序的執(zhí)行。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 (a) 顯示報警程序 圖 (b) 索引數(shù)組框圖程序 由圖可以看出，放大后的信號經(jīng)過索引數(shù)組 （如圖 (b)所示） 后，把數(shù)組中的元素傳給公式 計算中，進行標度變換。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 (a) γ射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的前面板 由圖 (a)可以看出，本設計的 γ 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)前面板 有四個圖形顯示控件，分別是 原始信號波形圖、濾波后的信號波形圖、放大后的信號波形圖以及厚度曲線圖。本設計使用圖形化編程語言 版本 。從而擺 脫了基于文本編程語言的繁雜的變量命名，文本編輯與修改及復雜的程序調試過程，使非 計算機專業(yè)的測試技術或儀器的開發(fā)人員也可以開發(fā)出一流的測試系統(tǒng)或測量儀器。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 基于 ? 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的軟件設計 虛擬儀 器簡介 LabVIEW 是 美國國家儀器公司開發(fā)的圖形化編程語言，主要 應用于數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析，以及數(shù)據(jù)表達等方面，它提供了一種全新的程序編寫方法，即對稱之為“ 虛擬儀器 ” （ Virtual Instruments 簡稱 VI） 的軟件對象進行圖形化的組合操作， 能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源碼級的設備驅動程序、多種多樣的分析和表達功能支持，為用戶快捷地構筑自己在實際生產中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎條件 。 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡的規(guī)格及其引腳圖 PCI 6221 是 NI 公司推出的 M 系列低價位多功能數(shù)據(jù)采集卡 ， 它 的主要規(guī)格是： 具有 2 路的模擬輸出 ， 16 路模擬輸入 ； 分辨率 為 16Bit； 采樣率 為 250 kS/s； AI、 AO 通道可承受的最大電壓 范圍是 10 伏到 10 伏。本 設計 選用的放大電路如下圖 所示： 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 信號 放大電路 其輸入與輸出的關系 如下式 所示 ： 2323401sRRRRRUUR???? () PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡的概述 在計算機廣泛應用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。這種探測器的最大優(yōu)點是測量范圍寬、穩(wěn)定性好、壽命長。 定標電路是一種將 脈沖 計數(shù)進制的電路，通過計數(shù)器與定標電路的聯(lián)用，可對粒子快速計數(shù) ；符合電路是將兩個或兩個以上的計數(shù)管同電子線路配合而成，它可以專門只記錄那些使計數(shù)管協(xié)同動作的粒子，而對于只使一個計數(shù)管動作的粒子不作反應，從而記錄所需尋找的 粒子。射入探測器的射線強度與放射源至被測物體的距離以及被測物體的成分、密度、厚度、表面狀態(tài)等因素有關?？偣怆娊孛?ph? 的計算公式為： 54ph k??? (23) 康普頓效應 γ 光子與原子的核外電子發(fā)生非彈性散射的過程稱為康普頓效應，在此過程中 γ 光子的一部 分 能量轉移給電子，使之脫離原子，散射光子的能量和運 動 方向都發(fā)生變化。 這就是γ射線測厚儀的基本原理。 由德國物理學家 1895年發(fā)現(xiàn) ， 故又稱倫琴射線 ?，F(xiàn)在可供使用的磁粉種類繁多 ，可依據(jù)要求來選擇。當超聲波在介質中傳播超聲時 ， 在不同性質的介面將發(fā)生反射、折射和復雜的波型轉換 ， 使超聲波被吸收和散射 ， 檢測、分析 反射信號后透射信號即可實現(xiàn)對缺陷的檢測。主要考慮信號的濾波 和 放大 ，接著 再 進行標度變換，最后 的管材壁厚值分別用波形圖和具體數(shù)值顯示。其中信號的處理將采用 LabVIEW 來完成。 1）超聲檢測 超聲檢測利用的是超聲波在介質中傳播的特點。當磁性材料工件磁化時 ， 在工件表面和近表面的缺陷處將產生漏磁場 ， 這些漏磁場可以吸引磁粉 ， 磁粉的痕跡可以顯示缺陷的位置、形狀和尺寸。 x 射線測厚儀 x 射線 是 波長介于紫 外線和 γ 射線間的電磁輻射 。通過檢測入射后的γ射線強度就可以得出被測物的厚度值。作用截面的大小與 γ 射線的能量和吸收物質的原子序數(shù)有關，即 20Er m c??當 時 ， ? ?75 21/k Z Er? ? (21) 0 2Er m c??當 時 ， ? ?5 1/k Z Er? ? (22) Er 為光子能量， k? 為 k 殼層光電效應截面， Z 為物質原子序數(shù)， 0m 、 c 分別為電子靜止質量和光速。由于射入物質的射線與被測物體的相互作用，其中一部分射線被散射。通常計數(shù)器常與定標電路和符合電路聯(lián)合使用。另一類是，測量大量離子產生的平均累積效應，稱為電流電離室，這是測厚 儀表中最常用的一種探測器。 信號放大電路 由于從電離室出來的電 壓 信號比較微弱，需要經(jīng)過放大后才能夠把信號傳給PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，所以需要對從電離室出來的電流信號進行放大。 很多數(shù)據(jù)采 集卡電路板上還裝有數(shù) /模轉換器（ D/A)，它處在計算機的后向輸出通道上，用于將計算機輸出的數(shù)字量轉換為模擬量，從而實現(xiàn)控制功能。最后用數(shù)據(jù)采集卡連接本設計的硬件部分和軟件部分。 本 設計 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、調試等都非常方便，快捷，高效。這些軟件開發(fā)工具為用戶設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。軟件設計用 實現(xiàn)， 其 程序 前面板 如圖 (a)和 (b)所示，其 總框圖 程序 如附錄所示。由于是連續(xù)的測厚，需要連續(xù)的顯示，所以將顯示和報警的框圖程序放在一個 For 循環(huán)當中，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)顯示。 在 沒有被執(zhí)行的代碼 將 呈灰色顯示 ， 執(zhí)行后的代碼呈高亮顯示 ， 并顯示數(shù)據(jù)流上的數(shù)據(jù)值。 展望 隨著計算機網(wǎng)絡的迅速普及，遠程控制作為計算機網(wǎng)絡的一項關鍵技術，也越來越受到重視。 (4) 系統(tǒng)可方便的利用計算機強大的網(wǎng)絡功能，擴展儀器的遠程監(jiān)控功能。綜合上述的情況，可以看出本 設計 運用 LabVIEW軟件實現(xiàn)了信號的采集及處理、具體厚度值的顯示 及 報警和數(shù)據(jù)的保存與讀取。本設計采用的濾波器如下圖 (a)所示： 圖 (a) 帶通濾波器說明圖 本設計 對信號的濾波處理程序如下圖 (b)所示： 圖 (b) 信號濾波處理程序 本設計在帶通濾波器的高截止頻率和低截止頻率分別引出一個輸入控件以便在前面板的操作中，能夠方便快捷的對高截止頻率和低截止頻 率進行調整。虛擬儀器一般運行 于 Windows 環(huán)境，因此可以同時啟動多個對象，組成一個測量系統(tǒng)。 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)。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。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） PCI 插槽 是基于 PCI 局部總線的擴展插槽，其顏色一般為乳白色，位于主板上 AGP插槽的下方， ISA 插槽的上方。 2)放大器 放大器將待采集的信號放大或衰減至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內。此外還可以做成球形。 γ 射線通過物質后強度的變化是按指數(shù) 衰減的關系式： 0 uxI Ie?? (27) 0I —— γ 射線入射被測物質前的射線強度； I —— γ 射線入射被測物質后的射線強度； x—— 被測物質的厚度； u—— 被測物質的吸收系數(shù)； e—— 自然對數(shù)底數(shù)； 在上式中吸收系數(shù)是光電效應、康普頓效應和電子對效應等作用之總和，若分別考慮每種作用的影響則總吸收系數(shù) u 可以用下式表達： ph c pu u u u? ? ? (28) phu —— 光電吸收系數(shù)； cu —— 康普頓吸收系數(shù)； pu —— 電子對吸收系數(shù)； 探測器測得的射線強度 I 與吸收體厚度 x 的關系為： * * *0 0 0i i iu p x u xuxI I e I e I e???? ? ? (29) iu —— 被測材料對射線的質量吸收系數(shù)； 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） ix —— 被測材料的質量厚度； p —— 被測材料的密度； 經(jīng)過簡單的推導可以得到： 0 /ln *iIIx up? (210) 對一定材料即可以確定 iu 和 p ，只要測得 0I 和 I 即可以計算出材料的厚度 x ，這就是透射式 γ 射線測厚儀的基本原理。根據(jù)本 設計 的要求，設計出透 射式 γ 射線測厚儀的基本結構如下圖 所示： 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 探測器待測物γ放射源d信號處理部分 圖 透射式γ射線測厚儀結構圖 透射式 γ 射線測厚儀的組成包括：放射源、探測器和信號處理這三大部分。 ? 射線測厚儀 γ 射線測厚儀按照測量的方法可以分成兩類：其中一類是透射式γ射線測厚儀，另一類是散射式 γ 射線測厚儀。當 γ 射線通過物質并與原子相互作用時會產生光電效應、康普頓效應和正負電子對三種效應。 儀器通過一個發(fā)射器發(fā)射高頻超聲波進入涂層 ， 振動波會穿透涂層 ， 遇上不同力學性能的材料 (如基材 )時 ， 振動波會在不同材料的界面部分 反射和傳遞。但在檢測前必須清潔工件 ， 以消除滲