【正文】 大量數(shù)據(jù)采集、分析、顯示、存儲(chǔ)的函數(shù)庫(kù)以及眾多的程序開(kāi)發(fā)工具, 還通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL、共享庫(kù)函數(shù)、ActiveX 等提供了大量的外部代碼接口。在調(diào)試方面, 具有設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行等有力的功能。LabVIEW作為測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)有如下特點(diǎn)[18]：⑴圖形化編程環(huán)境；⑵可重用性高；⑶開(kāi)發(fā)功能高效、通用；⑷支持多種儀器和數(shù)據(jù)采集硬件的驅(qū)動(dòng)；⑸提供豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫(kù)函數(shù)；⑹查錯(cuò)、調(diào)試能力強(qiáng)大；⑺囊括了PCI、GPIB、PXI、VXI、RS232/485和USB等各種儀器通信總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，使得不懂得總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)者也能夠驅(qū)動(dòng)不同總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備與儀器；⑻支持多種操作系統(tǒng)。LabVIEW支持多種系統(tǒng)平臺(tái)，在任何一個(gè)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的 LabVIEW應(yīng)用程序都可以直接移植到其他平臺(tái)上；⑼網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大。LabVIEW 支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)；⑽開(kāi)放性強(qiáng)。LabVIEW具有很強(qiáng)的開(kāi)放性，是一個(gè)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境，能和第三方軟件輕松連接。 激光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用 LabVIEW提供的軟件平臺(tái)，可以對(duì)在線(xiàn)復(fù)雜斷面的重軌進(jìn)行激光無(wú)損檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行波形顯示并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在檢測(cè)系統(tǒng)的人機(jī)界面上，可以根據(jù)需要對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行操作，還可以設(shè)置采集通道(Channels)、采樣的頻率(Scan rate)、采樣數(shù)(Number of Scan)和采集數(shù)據(jù)保存路徑，按下運(yùn)行按鈕就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在波形圖的橫坐標(biāo)上可以看到采集系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間，同時(shí)該系統(tǒng)還可以存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)，也可以讀取所保存的數(shù)據(jù)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果做出合理分析和判斷，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)被檢測(cè)對(duì)象實(shí)時(shí)的采集分析與結(jié)果顯示，并及時(shí)采取預(yù)防與控制措施，達(dá)到了自動(dòng)檢測(cè)的目的。本文所設(shè)計(jì)的是利用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)激光全息無(wú)損檢測(cè)，此系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的是通過(guò)虛擬儀器軟件使計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集硬件形成了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)。此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分，分別是程序框圖的設(shè)計(jì)和程序前面板的設(shè)計(jì)。 激光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)程序框圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序框圖是實(shí)現(xiàn)虛擬儀器邏輯功能的圖形化原代碼。在框圖中對(duì)VI編程的主要工作就是從前面板上的輸入控件獲得用戶(hù)輸入信息，然后進(jìn)行計(jì)算和處理，最后在輸出控件中把處理結(jié)果反饋給用戶(hù)。程序框圖的編輯要用到函數(shù)選板。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。由虛擬儀器實(shí)現(xiàn)激光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的總程序框圖見(jiàn)附錄。此設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序框圖的設(shè)計(jì)主要由四部分組成，分別是檢測(cè)信號(hào)的采集、數(shù)字信號(hào)的處理、文件的存儲(chǔ)和讀取。 控件選板要將檢測(cè)信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)里，并對(duì)其合理組織，需要構(gòu)建一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集（Data AcQuisition，DAQ）系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器和變換器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集卡、驅(qū)動(dòng)程序、硬件配置管理軟件、應(yīng)用軟件和計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)采集是測(cè)試測(cè)量的重要工作，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作過(guò)程為：各種不同物理量通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，信號(hào)調(diào)理設(shè)備對(duì)采集到的電信號(hào)進(jìn)行加工，使它們適合數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備的需求；計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡等獲得測(cè)量數(shù)據(jù)；軟件則控制著整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，它可告訴采集設(shè)備什么時(shí)候從哪個(gè)通道獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)還對(duì)原始數(shù)據(jù)做分析處理，并將最后結(jié)果表示成容易理解的形式。 在此對(duì)激光探傷信號(hào)的采集模塊程序作以下介紹。本模塊的設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)激光探傷信號(hào)的采集。 激光探傷信號(hào)的采集這個(gè)檢測(cè)信號(hào)采集子程序的實(shí)現(xiàn)，是采用了NIDAQmx軟件。這個(gè)軟件有如下特性：⑴NIDAQmx應(yīng)用程序編程接口（API），它在各種設(shè)備功能和設(shè)備系列中都是相同的。⑵NIDAQmx軟件包括數(shù)據(jù)采集助手（DAQ Assistant），數(shù)據(jù)采集助手提供了一個(gè)對(duì)話(huà)框式的向?qū)в糜跍y(cè)量任務(wù)的配置、測(cè)試和自動(dòng)代碼的生成。配合Express VI，通過(guò)DAQ Assistant可以在數(shù)分鐘內(nèi)搭建一個(gè)專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。⑶NIDAQmx體系結(jié)構(gòu)具備重要特性是測(cè)量多線(xiàn)程，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)采集操作可以同時(shí)進(jìn)行，極大地提高了包括多個(gè)操作的應(yīng)用程序的性能。，采集程序應(yīng)用了NIDAQmx軟件的五個(gè)函數(shù)，分別是NIDAQmx創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)、NIDAQmx定時(shí)函數(shù)、NIDAQmx開(kāi)始任務(wù)函數(shù)、NIDAQmx讀取函數(shù)和NIDAQmx清除任務(wù)函數(shù)。⑴NIDAQmx創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)，創(chuàng)建了一個(gè)虛擬通道并且將添加一個(gè)任務(wù)。當(dāng)然也可創(chuàng)建多個(gè)通道，本設(shè)計(jì)只對(duì)一個(gè)激光探傷信號(hào)進(jìn)行采集，故只需單通道采集，采集信號(hào)為模擬電壓信號(hào)，由數(shù)據(jù)采集卡PCI 6221知道，電壓范圍是10V。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。這包括指定操作是否連續(xù)或有限、為有限的操作選擇用于采集或生成的采樣數(shù)量，以及在需要時(shí)創(chuàng)建一個(gè)緩沖區(qū)。采樣時(shí)鐘控制了采集或采樣的采樣率、采樣數(shù)和采樣模式，而激光探傷信號(hào)采集程序的采樣率設(shè)置為1000 Hz，采樣數(shù)設(shè)置為1000，采樣模式設(shè)置為連續(xù)采樣。⑶NIDAQmx啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)，顯示地將一個(gè)任務(wù)轉(zhuǎn)換至運(yùn)行狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，這個(gè)任務(wù)完成特定的采集或生成。此函數(shù)的使用可使任務(wù)性能得到提高。⑷NIDAQmx讀取函數(shù)，需要從特定的采集任務(wù)中讀取采樣。這個(gè)函數(shù)允許選擇采集類(lèi)型、虛擬通道數(shù)、采樣數(shù)和數(shù)據(jù)類(lèi)型。激光探傷信號(hào)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。⑸NIDAQmx清除任務(wù)函數(shù)，可以清除特定任務(wù)。如果任務(wù)正在運(yùn)行，這個(gè)函數(shù)首先終止任務(wù)然后放掉它所有資源。任務(wù)一旦被清除，那么它就不能被使用，除非重新創(chuàng)建它。以上為激光探傷信號(hào)采集程序用到的函數(shù)作了介紹，設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用了這些函數(shù)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的采集，并將讀取的信號(hào)送波形圖顯示。 信號(hào)處理的目的是盡量減少干擾信號(hào)的影響，提高信號(hào)的信噪比，它會(huì)直接影響到分析結(jié)果。因此一般來(lái)說(shuō)它是信號(hào)分析前需要的必要步驟。常用的信號(hào)調(diào)理方法有濾波、放大和加窗等。對(duì)于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)，激光探傷信號(hào)的處理模塊子程序。主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行了數(shù)字濾波和檢波處理，判斷重軌斷面是否受損，進(jìn)而對(duì)重軌斷面的受損程度作出評(píng)價(jià)。 激光探傷信號(hào)的處理數(shù)字濾波器是信號(hào)處理的重要內(nèi)容。濾波器的作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選，只讓特定頻段的信號(hào)通過(guò)。濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。傳統(tǒng)模擬濾波器的輸入/輸出都是連續(xù)的，而數(shù)字濾波器的輸入/輸出都是離散的時(shí)間信號(hào)。根據(jù)沖激響應(yīng)，可以將濾波器分為有限沖激響應(yīng)（FIR）濾波器和無(wú)限沖激響應(yīng)（IIR）濾波器。對(duì)于FIR濾波器，沖激響應(yīng)在有限時(shí)間內(nèi)衰減為零，其輸出僅取決于當(dāng)前和過(guò)去的輸入信號(hào)值。對(duì)于IIR濾波器，沖激響應(yīng)會(huì)無(wú)限持續(xù)，輸出取決于當(dāng)前及過(guò)去的輸入信號(hào)值和過(guò)去的輸出信號(hào)值。IIR的缺點(diǎn)是相位響應(yīng)非線(xiàn)性。，這個(gè)子程序模塊所要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)采集到的激光探傷信號(hào)作處理，從而便于相關(guān)人員對(duì)檢測(cè)信號(hào)的觀察和分析。就本設(shè)計(jì)系統(tǒng)需處理的探傷信號(hào)基本特征來(lái)說(shuō)，、譜線(xiàn)寬度只有赫茲、頻率高達(dá)赫茲的高頻信號(hào)，所以采集到的激光探傷信號(hào)也是高頻信號(hào)，此外在測(cè)量和信號(hào)傳輸過(guò)程中，由于外界的干擾，經(jīng)常會(huì)夾雜一些其它頻率段的噪聲等干擾信號(hào)，當(dāng)然在檢測(cè)信號(hào)中有高頻的噪聲，也有低頻噪聲。為了消除干擾，能比較準(zhǔn)確地對(duì)檢測(cè)到的激光探傷信號(hào)觀察，分析和評(píng)價(jià)受損的程度，在本系統(tǒng)中采用了帶通濾波器濾除其他頻率段的干擾信號(hào)，便于后續(xù)信號(hào)的分析和處理。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，采集到的探傷信號(hào)通過(guò)帶通濾波器濾波處理。 實(shí)時(shí)采樣信號(hào)濾波后的波形曲線(xiàn)。從已調(diào)信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)或檢波。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號(hào)的幅值隨調(diào)制信號(hào)的值變化，因此調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線(xiàn)形狀與調(diào)制信號(hào)一致。只要能檢出調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線(xiàn)即能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱(chēng)為包絡(luò)檢波。對(duì)于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理采用的對(duì)濾波后信號(hào)進(jìn)行幅值檢波處理。因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的是：利用激光全息照相技術(shù)檢測(cè)重軌斷面內(nèi)部是否存在缺陷，并通過(guò)虛擬儀器前面板上的波形曲線(xiàn)顯示檢測(cè)結(jié)果。 幅值檢波處理后的包絡(luò)曲線(xiàn)在包絡(luò)檢波分析技術(shù)中，高頻載波的作用是避開(kāi)檢測(cè)信號(hào)中的中、低頻干擾，信號(hào)檢測(cè)信息則包含在調(diào)幅波中，分析時(shí)必須消去載波，也就是對(duì)信號(hào)解調(diào)。信號(hào)解調(diào)的原理很簡(jiǎn)單，如果讓測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)90度的相移，如下式： （41） （42）則有 （43）這樣就濾除掉信號(hào)中的高頻載波，得到反映脈沖力情況的調(diào)幅波信號(hào)，完成上述信號(hào)檢取的過(guò)程稱(chēng)之為幅值包絡(luò)檢波。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，利用虛擬儀器軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢波處理時(shí)，采用希爾伯特變換對(duì)原信號(hào)進(jìn)行90度相移[22]。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。一個(gè)實(shí)信號(hào)的希爾伯特變換定義為 （44）它的實(shí)質(zhì)是使信號(hào)產(chǎn)生90176。的相移。⑵希爾伯特解包絡(luò)原理。解包絡(luò)的原理就是讓測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)90176。的相移，從而與原信號(hào)構(gòu)成一個(gè)解析信號(hào)。求出它的解析信號(hào)，解析信號(hào)就構(gòu)成包絡(luò)。表示為采樣信號(hào)，濾波后得到信號(hào)，經(jīng)希爾伯特變換得到信號(hào)。二者構(gòu)成一解析函數(shù)式，可表示為 （45）由此得到振動(dòng)信號(hào)的幅值調(diào)制信號(hào)為 （46）上述過(guò)程完成了對(duì)信號(hào)的解包絡(luò)分析。以上完成了對(duì)檢測(cè)信號(hào)的采集和處理，從而判斷被檢測(cè)重軌斷面內(nèi)部是否存在缺陷。對(duì)于一個(gè)完整的測(cè)試系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，需要將采集到或處理后的數(shù)據(jù)以一定格式存儲(chǔ)在文件中，同時(shí)在必要時(shí)讀取數(shù)據(jù)。對(duì)于采集到的激光探傷信號(hào)，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理后，因?yàn)椴徽撌遣杉降男盘?hào)還是經(jīng)過(guò)處理后的信號(hào)，都要在虛擬儀器前面板上以波形曲線(xiàn)的形式顯示結(jié)果，所以在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，文件保存和讀取也是不可或缺的。本檢測(cè)系統(tǒng)只對(duì)信號(hào)處理后的有缺陷的檢波波形曲線(xiàn)進(jìn)行了保存，在必要時(shí)以備數(shù)據(jù)回調(diào)之便。對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)保存與讀取操作，要采用LabVIEW提供的文件I/O函數(shù)，這是一組功能較強(qiáng)的文件處理工具。使用這個(gè)可以進(jìn)行文件輸入/輸出的操作。 激光探傷檢波曲線(xiàn)數(shù)據(jù)的保存從框圖中能看出采用的是二進(jìn)制文件來(lái)保存和讀取數(shù)據(jù)的，二進(jìn)制文件只能有機(jī)器讀取，用戶(hù)是不可讀的。二進(jìn)制是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最緊湊、最快捷的格式。二進(jìn)制文件使用的硬盤(pán)空間非常少，當(dāng)用戶(hù)存儲(chǔ)或讀取數(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)的速度非常快。，將波形數(shù)據(jù)保存為二進(jìn)制文件的程序可分為3部分，其功能分述如下[17]：⑴創(chuàng)建準(zhǔn)備保存數(shù)據(jù)的文件并打開(kāi)。所使用的VI是Open/Create File。⑵將要保存的波形數(shù)據(jù)寫(xiě)入二進(jìn)制文件。所用的VI是Write From Binary File。⑶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Simple Error Handler。此外，對(duì)于在線(xiàn)重軌作激光全息無(wú)損檢測(cè)時(shí)，為了能使檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)保存有缺陷波曲線(xiàn)數(shù)據(jù)，減少人工控制帶來(lái)的誤差和不便。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)保存有缺陷波形數(shù)據(jù)（即：對(duì)檢測(cè)到的檢波波形曲線(xiàn)的幅值作判斷，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存），并記錄重軌斷面有缺陷部位通過(guò)激光檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)的時(shí)間，這樣實(shí)現(xiàn)了工作人員在回調(diào)數(shù)據(jù)時(shí)可以獲得更為全面的信息。，文件讀取二進(jìn)制文件的程序可分為3個(gè)部分，其功能分述如下：⑴選擇要讀取的文件并打開(kāi)。使用的VI是File Dialog 和Open File。⑵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)算出文件中的數(shù)據(jù)樣本個(gè)數(shù)，并讀出全部數(shù)據(jù)。這里數(shù)據(jù)類(lèi)型是雙精度，故占據(jù)8字節(jié)。使用的VI是Get File Size和Read From Binary File。⑶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Simple Error Handler。這樣，通過(guò)文件讀取程序，工作人員就可以方便地讀取系統(tǒng)自動(dòng)保存的有缺陷重軌斷面的波形數(shù)據(jù)，經(jīng)分析和判斷，做出相應(yīng)的控制措施。前面板是圖形用戶(hù)界面，也是VI的前面板。該界面上有交互式的輸入和輸出兩類(lèi)對(duì)象，分別是輸入控件和顯示控件，它包含了創(chuàng)建前面板時(shí)可用的全部對(duì)象。與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，前面板相當(dāng)于儀器面板。 控件選板。該程序選擇模入輸入電壓的通道Dev1/ao8輸入電壓信號(hào)，輸入電壓范圍為V，采集系統(tǒng)采樣樣本速率設(shè)置為1000赫茲，通道采樣樣本總數(shù)設(shè)置為1000，采樣模式設(shè)置為連續(xù)采樣；操作按扭控制著各個(gè)子程序模塊（讀取保存數(shù)據(jù)和總程序循環(huán)停止）的相應(yīng)操作。在圖中還分別顯示了檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)的實(shí)時(shí)采樣的波形圖、信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾波后的波形圖、經(jīng)檢波后波形曲線(xiàn)及記錄檢波曲線(xiàn)的幅值，并顯示保存的受損檢波曲線(xiàn)幅值和信號(hào)處理后經(jīng)保存后讀取有缺陷的檢波波形曲線(xiàn)圖。 激光全息無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)傷的軟件前面板顯示圖這樣通過(guò)前面板對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，對(duì)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)果。通過(guò)觀察此顯示面板上相關(guān)曲線(xiàn)圖，分析判斷被檢測(cè)重軌斷面是否存在缺陷，并對(duì)其受損程度作出合理的評(píng)價(jià)。 激光無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)探傷信號(hào)的分析本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是利用虛擬儀器軟件對(duì)復(fù)雜重軌斷面實(shí)現(xiàn)激光無(wú)損檢測(cè)，由本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案知道，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)鍵部分就是對(duì)采集到信號(hào)的處理和分析，從而對(duì)被檢測(cè)重軌斷面的受損情況作出評(píng)價(jià)。下面就本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的探傷信號(hào)的分析作如下介紹。 本系統(tǒng)中，采集信號(hào)經(jīng)過(guò)了濾波、檢波處理。濾波是選擇有用信號(hào)，濾除干擾信號(hào)。檢波是對(duì)濾波后的有用信號(hào)作幅值檢波處理，觀察包絡(luò)曲線(xiàn)圖，分析是否存在損傷。分析重軌斷面是否存在缺陷，是通過(guò)檢波處理后的包絡(luò)曲線(xiàn)來(lái)作分析，分析如下：當(dāng)重軌斷面內(nèi)部無(wú)缺陷時(shí)，干涉條紋的形狀和間距是連續(xù)的，并與物體外形輪廓的變化