【正文】 (53)然后通過(guò)復(fù)數(shù)坐標(biāo)至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，求出極徑和極角，即： (54) (55)這樣就得到了極坐標(biāo)系上的連續(xù)的點(diǎn)，這些點(diǎn)連接起來(lái)就構(gòu)成了信號(hào)的包絡(luò)線。完成上述信號(hào)提取的過(guò)程稱(chēng)之為包絡(luò)檢波。檢波后有部分信號(hào)存在毛刺，這將給計(jì)算幅值和相位帶來(lái)較大誤差，因此需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑處理，以消除毛刺。在工程上常用的平滑方法有滑動(dòng)平均法和最小二乘直線擬合，這里采用滑動(dòng)平均法[18]?；瑒?dòng)平均法簡(jiǎn)稱(chēng)滑窗，它是一邊移動(dòng)窗口一邊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均。 滑動(dòng)平均原理設(shè)有毛刺的時(shí)間信號(hào)為，對(duì)其進(jìn)行n次采樣后形成離散序列。第k點(diǎn)為中心，前后各i點(diǎn)共點(diǎn)取加權(quán)平均，得到，即 (51)式51中表示由點(diǎn)組成的對(duì)稱(chēng)加權(quán)函數(shù)，稱(chēng)為窗函數(shù)，w為常數(shù)。圖中為三角形函數(shù)，窗口寬度。將k值由逐次滑動(dòng)至，則所得離散信號(hào)較原信號(hào)要平滑得多。因?yàn)榧訖?quán)函數(shù)是一個(gè)對(duì)稱(chēng)函數(shù)，所以曲線兩端有個(gè)點(diǎn)不能進(jìn)行平滑，這對(duì)n值較大的情況是不會(huì)影響總體效果的。窗函數(shù)的選擇很重要，常用的窗函數(shù)有矩形窗、三角窗、拋物線窗等。由于矩形窗算法簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快，因此選用矩形窗，其算式為： (52)這里取，N為窗口寬度，即。不檢波方式則相應(yīng)的比較簡(jiǎn)單。在信號(hào)經(jīng)過(guò)檢波后，我們就可以選擇數(shù)據(jù)保存了，這里定義保存格式為二進(jìn)制式。該程序利用Open/Create/Replace File將數(shù)據(jù)送給Write to Binary File，保存為一個(gè)二進(jìn)制文件。在程序執(zhí)行過(guò)程中，加入了“幅值和電平測(cè)量”，檢測(cè)出峰值后，加入比較器，當(dāng)峰值大于某個(gè)特定值時(shí)才進(jìn)行保存工作。這樣便于實(shí)時(shí)檢測(cè)保存。使用二進(jìn)制文件(binary file)可以保存數(shù)組數(shù)據(jù)，并且可以訪問(wèn)文件里的指定數(shù)據(jù)或隨機(jī)訪問(wèn)文件里的數(shù)字。二進(jìn)制文件與文本文件不同，文本文件對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是可讀的，而二進(jìn)制文件一般只能由機(jī)器讀取。二進(jìn)制是保存數(shù)據(jù)最緊湊、最快捷的格式。因?yàn)樗麄兪褂玫挠脖P(pán)空間非常少，使用1字節(jié)的硬盤(pán)空間可以表示256個(gè)值。并且當(dāng)用戶(hù)存儲(chǔ)或獲取數(shù)據(jù)時(shí)，不需要把數(shù)據(jù)從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成ASCII形式，因而讀取數(shù)據(jù)的速度非?？臁１４鏀?shù)據(jù)后，為了驗(yàn)證所保存的數(shù)據(jù)是否可讀，我們選擇了讀取文件按鈕，顯示所保存的數(shù)據(jù)。 該程序可分為以下3個(gè)部分，其功能分述如下[14]：(1) 選擇要讀取的文件并打開(kāi)。使用的VI是File Dialog和Open/Create/Replace File。(2) 用文件所有數(shù)據(jù)的總字節(jié)數(shù)除以每個(gè)數(shù)據(jù)單元所占字節(jié)數(shù)，從而計(jì)數(shù)出文件中是數(shù)據(jù)樣本個(gè)數(shù)，并讀出全部數(shù)據(jù)。這里的數(shù)據(jù)類(lèi)型是雙精度，故占據(jù)8個(gè)字節(jié)。使用的VI是Get File Size和Read from Binary File。(3) 關(guān)閉文件并檢查可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤。使用的VI是Close File和錯(cuò)誤輸出。 虛擬儀器軟件采用LabVIEW編寫(xiě)，軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面，一方面是用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)，另一方面是應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)PCI6221數(shù)據(jù)采集卡接收缺陷信號(hào)并分析、處理、顯示。用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)做到了操作直觀、簡(jiǎn)單?；夭ㄐ盘?hào)顯示采用了射頻顯示和視頻顯示兩種方法，便于比較。第六章 調(diào)試及總結(jié)LabVIEW的程序錯(cuò)誤大致可以分為硬件連接錯(cuò)誤、I/O接口錯(cuò)誤、程序結(jié)構(gòu)和邏輯錯(cuò)誤。程序結(jié)構(gòu)和邏輯錯(cuò)誤是最常見(jiàn)的錯(cuò)誤。程序調(diào)試?yán)每旖莨ぞ邫谥械摹斑\(yùn)行”、“高亮執(zhí)行”、“斷點(diǎn)設(shè)置”進(jìn)行。錯(cuò)誤列表提示：程序框圖錯(cuò)誤，顯示2個(gè)錯(cuò)誤和警告：(1) 創(chuàng)建數(shù)組：包含未連接線或錯(cuò)誤接線端。(2) 已連接For循環(huán)的輸入至創(chuàng)建數(shù)組的輸入，轉(zhuǎn)換為輸出。從圖中我們看到了一條帶有紅色“X”標(biāo)記的虛線，這就是錯(cuò)誤的連接線。找到錯(cuò)誤后，我們?cè)俳Y(jié)合錯(cuò)誤列表里的提示，很快我們確定For循環(huán)的輸出沒(méi)有連接，對(duì)此我們將For循環(huán)的輸出即除法器的輸出連接到創(chuàng)建數(shù)組的輸入端。連接后，很快我們就看到了虛線變成了橘黃色的實(shí)線，即連線成功了。這樣我們就糾正了程序中的一個(gè)小錯(cuò)誤。像這種錯(cuò)誤，程序里有很多，需要細(xì)心觀察，認(rèn)真思考錯(cuò)誤提示，再結(jié)合錯(cuò)誤的虛線連接端，我們將有信心糾正所有錯(cuò)誤。 無(wú)誤的連接如果存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，則當(dāng)啟動(dòng)快捷工具欄的“運(yùn)行”按鈕時(shí)，該按鈕變成一個(gè)折斷的箭頭，程序不能被執(zhí)行。單擊該按鈕，則將彈出錯(cuò)誤清單窗口，窗口列出錯(cuò)誤的項(xiàng)目，然后單擊其中任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，單擊“顯示錯(cuò)誤”功能按鈕，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。在“詳細(xì)信息”欄里有詳細(xì)的錯(cuò)誤原因，也可以單擊“幫助”功能按鈕打開(kāi)幫助窗口，窗口中詳細(xì)說(shuō)明了出錯(cuò)原因以及解決辦法。 運(yùn)行利用快捷工具欄中的“高亮執(zhí)行”按鈕，該圖標(biāo)變成高亮形式，再單擊“運(yùn)行”按鈕，程序就以較慢的速度運(yùn)行。，沒(méi)有被執(zhí)行的代碼呈灰色顯示，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。這樣，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)流流動(dòng)狀態(tài)，跟蹤程序的執(zhí)行。 使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地點(diǎn)終止程序執(zhí)行，用探針或者單步執(zhí)行方式查看數(shù)據(jù)。用工具模板上的“斷點(diǎn)”工具，單擊希望設(shè)置或者清除斷點(diǎn)的地方，該處即為所設(shè)置的斷點(diǎn)。當(dāng)VI程序運(yùn)行到斷點(diǎn)設(shè)置處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)。單擊單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點(diǎn)被執(zhí)行，下一個(gè)將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)變?yōu)殚W爍，表明它將要執(zhí)行。也可以單擊快捷工具欄中的“暫停”按鈕。這樣，程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行到下一個(gè)斷點(diǎn)。通過(guò)設(shè)置探針來(lái)查看框圖程序流流經(jīng)某一根連線的數(shù)據(jù)值。當(dāng)探針設(shè)置完畢以后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)探針顯示窗口。該顯示窗口中的數(shù)據(jù)即為該連線上的數(shù)據(jù)值。運(yùn)行VI時(shí)，在框圖程序窗口的工具條中選擇Highlight Execution按鈕，LabVIEW會(huì)在框圖程序上實(shí)時(shí)地顯示程序執(zhí)行的進(jìn)程，每一條數(shù)據(jù)連線、每一個(gè)端口中流過(guò)的數(shù)據(jù)。本課題是就目前國(guó)內(nèi)虛擬儀器技術(shù)還相對(duì)落后、研究剛剛起步的情況下提出的。在硬件電路部分實(shí)現(xiàn)了超聲波發(fā)射、數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)裙δ埽_(dá)到了最初設(shè)計(jì)時(shí)提出的功能要求。探傷精度也達(dá)到了預(yù)定要求。儀器在以下幾方面將有突破：(1) 硬件電路由PCI6221數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成，相比目前國(guó)內(nèi)一市場(chǎng)上現(xiàn)有的超聲探傷儀，成本大幅度下降。(2) 操作界面圖形化顯示，不需要手動(dòng)操作儀器各個(gè)旋扭，使操作簡(jiǎn)單方便。(3) 儀器功能沒(méi)有固化，根據(jù)自己的使用要求，用戶(hù)還可以自己通過(guò)軟件增加所需功能，使得儀器設(shè)計(jì)更加開(kāi)放。(4) 系統(tǒng)可方便的利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，擴(kuò)展儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。當(dāng)然，由于時(shí)間、實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)計(jì)者自身水平等關(guān)系，有些功能還不理想，設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步改進(jìn)。就硬件而言，為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)更完善的探傷功能，系統(tǒng)會(huì)對(duì)硬件速度提出更高的要求，系統(tǒng)硬件速度的提高包括兩個(gè)方面，一是控制核心速度的提高，在以后進(jìn)一步的研究中，可以采用速度更快，I/O功能更多的芯片。另一個(gè)影響系統(tǒng)速度的瓶頸是通信協(xié)議。系統(tǒng)硬件接口電路只起到數(shù)據(jù)采集的作用，數(shù)據(jù)的處理是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的，因此，對(duì)大量數(shù)據(jù)的采集處理，傳輸速度是一個(gè)很重要的參數(shù)。PCI插槽是基于PCI(Peripheral Component Interconnect)局部總線而設(shè)計(jì)的擴(kuò)展插槽，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)。而我們的PCI6221數(shù)據(jù)采集卡則就是插放在PCI插槽內(nèi)，連通了數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)，使得計(jì)算機(jī)可以讀取采集卡所采集的數(shù)據(jù)。在軟件方面，界面的設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步的改進(jìn)，使得更加美觀同時(shí)使用方便。超聲波信號(hào)處理的新技術(shù)在近年來(lái)發(fā)展的非常快，可以更多的利用這些技術(shù)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，用以更多提取缺陷的特征成分。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，遠(yuǎn)程控制作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也越來(lái)越受到重視。越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)、工控、管理控制軟件都將實(shí)現(xiàn)或強(qiáng)化此項(xiàng)功能。在探傷方面，引入虛擬儀器技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控也很容易實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的引入無(wú)疑將成為超聲波探傷儀一個(gè)亮點(diǎn)被大量的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。參考文獻(xiàn)l. (D)，西安：西安理工大學(xué)，20052. [J]，現(xiàn)代科學(xué)儀器，1999,4(2):69.3. 王鐵楠，[J]，機(jī)械傳動(dòng)，2005,29(4):7879.4. [M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007,47.5. 郭華. 基于PCI總線的虛擬超聲波探傷儀的實(shí)現(xiàn)(D)，南京：南京航空航天大學(xué)，20026. [M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.7. [M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.8. 胡金萍，[J]，山西電子技術(shù)（應(yīng)用實(shí)踐），2006,1(3):5253.9. 俞鐵岳，林建歡，黃宜堅(jiān). 虛擬儀器和LabVIEW簡(jiǎn)介[J]，福建電腦，2004,1(2):23.10. [M]，北京，清華大學(xué)出版社，2006.11. 余成波，[M]，重慶： 重慶大學(xué)出版社，2006.12. [M]，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.13. 沈大鵬，[J]，無(wú)損檢測(cè)，2002,24(2):6477.14. 侯國(guó)屏，王珅，葉齊鑫. [M]，北京，清華大學(xué)出版社，2005:170172.15. Aleshin,.,Voshchanov,..Ultrasonic methods in flaw detection[J], Ultrasonic applications,1995. 16. 王仲生，[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.17. 李智，陳祥初，[J]，測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)2002,16(2):92.18. 郭諄欽，[J]，長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006,6(2):5253.19. 蔡蘭，陳禎，張景如. 基于LabVIEW軟件的虛擬數(shù)字超聲探傷儀設(shè)計(jì)[J]，無(wú)損檢測(cè)，2005,27(4):192194.20. 鐘飛，[J]，湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,20(5):102107.21. 劉志輝，[J]，新技術(shù)應(yīng)用，2007,5(1):79.22. 張毅，[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.23. [J]，邢臺(tái)職技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004,21(5):3949.24. [J]，裝備博覽，2004:56.25. [M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.26. [J]，高等函授學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004,17(3):2644.27. Iizuka,Yukinori. Real time digital signal processing of online ultrasonic flaw detection[J], Digital signal processing,1995.28. ZhangHui, multichannel online ultrasonic flaw detection system[J], Ultrasonic devices,2005. 附錄A 虛擬超聲波探傷儀射頻顯示程序框圖附錄B 虛擬超聲波探傷儀視頻顯示程序框圖致謝　　　　　　本設(shè)計(jì)自始至終是在楊立清導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、任務(wù)指導(dǎo)、理論研究、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面，無(wú)不傾透了導(dǎo)師大量的心血和辛勞；楊老師教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，她悉心指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)新的知識(shí)，如本設(shè)計(jì)的最重要軟件LabVIEW。從開(kāi)始的不了解、不熟悉，到如今的熟練操作，這些都離不開(kāi)楊老師的諄諄教誨。在此，向楊老師表示最衷心的感謝。在我的課題進(jìn)展中，同時(shí)還得到了同班同學(xué)張國(guó)華、同學(xué)王曉以及其他實(shí)驗(yàn)室同學(xué)好友的熱心幫助和支持，在此向他們表示最真摯的感謝。還要感謝曾經(jīng)啟發(fā)和幫助過(guò)我的許許多多的老師，同時(shí)還要感謝于百忙之中抽出時(shí)間評(píng)閱論文的老師們。 2008年6月10日