【正文】 趨勢 北京科學(xué)出版社， 1990 [8] 蔣危平 .超聲波探傷儀發(fā)展簡史。 [4] 丁義元等 .高精度測距雷達(dá)研究 .電子測量與儀器學(xué)報(bào) 。 基于單片機(jī) 和虛擬儀器技術(shù)的超聲 探測儀的 設(shè)計(jì) 29 結(jié)論 本 本文利用單片機(jī)技術(shù)和 LabvIEW 技術(shù)實(shí)現(xiàn)超聲波探傷儀的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)主要包括基于單片機(jī)的超聲波探傷儀的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)以及基于 LabVIEW 的上位機(jī)的設(shè)計(jì)。這樣既保留了使用事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，也能夠使用循環(huán)結(jié)構(gòu)采集數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)各個按鍵的控制， 超聲波探傷系統(tǒng) 的按鍵控制部基于單片機(jī) 和虛擬儀器技術(shù)的超聲 探測儀的 設(shè)計(jì) 27 分采用了事件結(jié)構(gòu)。 圖 12 系統(tǒng) 保存 系統(tǒng) 操作區(qū)如圖 13 所示，主要包括 登錄 和系統(tǒng)退出按鈕，系統(tǒng)登錄時(shí) 需要 選擇用戶名和輸入密碼，只有兩者 正確 才能 進(jìn)入 界面。 圖 9 系統(tǒng)界面 信號 顯示區(qū)如圖 10 所示 ， 主要是實(shí)現(xiàn) 超聲波波形 的顯示 曲線，此外在 界面還有 波形 的實(shí)時(shí)顯示控件，顯示實(shí)時(shí) 振幅 。 系 統(tǒng) 初 始 化用 戶 登 錄信 號 采 集信 號 處 理數(shù) 據(jù) 保 存保 存 ？傷 痕 ？ 傷 痕 分 析傷 痕 位 置 和程 度 圖 8 流程圖 4． 2 程序界面 超聲波探傷系統(tǒng)的 界面如 圖 9 所示， 可見 利用 LabVIEW 開發(fā)的系統(tǒng)界面具有良好的基于單片機(jī) 和虛擬儀器技術(shù)的超聲 探測儀的 設(shè)計(jì) 25 人機(jī)交互界面 ， 非常美觀。 超聲波信號通過基于單片機(jī) 的超聲波 探傷 系統(tǒng)，通過串口 傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。如圖 312 所示，為 5v 電源產(chǎn)生電路： 圖 5v 電源產(chǎn)生電路 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的超聲波探測的軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)初始化、超聲波發(fā)出信號、超聲波采集、 A/D 轉(zhuǎn)換、信號處理、串口通信。高電壓升壓電源電路 :交流 220V 轉(zhuǎn)直流 600V 電源電路如圖 310 所示： FS1BB2IS3R1/C4GND5OUT6VCC7Vref8U8FAN7553D4Bridge1T1Trans Ideal50Hz220V330uFC18330R28110KR29C19T2Trans3D510R30D6DiodeQ5R31R32Res21uFC2040R33D1022uFC2118KR34C221uFC23C245KR35D11 D12100uFC25100uFC26Text600v 電源 圖 交流 220v 轉(zhuǎn) 600v 直流電源 規(guī)格： 輸入電壓 = 220V177。不同的工作方式采用的硬件電路也有所區(qū)別，這里采用最簡單的等待方式來實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。主體部分是采用逐次逼近式的 A/D轉(zhuǎn)換電路，由 CLK控制內(nèi)部電路的工作， START為啟動命令，高電平有效，啟動 ADC0809內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成，輸出信號 EOC有效， OE為輸出允許信號，高電平有效，打開輸出三態(tài)緩沖 器，把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送到 DB． AT89C52與 ADC0809的連接如圖 基于單片機(jī) 和虛擬儀器技術(shù)的超聲 探測儀的 設(shè)計(jì) 20 12345678RST9101112131415(/WR)16(/RD)17XTAL118XTAL219GND20A8/21A9/22A10/23A11/24A12/25A13/26A14/27A15/28/PSEN29ALE30/EA31AD7/32AD6/33AD5/34AD4/35AD3/36AD2/37AD1/38AD0/39VCC40U12AT89C5210KR2710uFC15 S112YXTAL30pFC16Cap30pFC17IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11VREF+12GND13D114D215VREF16D017D418D519D620D721ALE22ADD C23ADD B24ADD A25IN026IN127IN228U?ADC0809CCNA/D 轉(zhuǎn)換電路 圖 ADC0809與 AT89C52的接口電路圖 工作過程：首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中；此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器； START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位；下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器。在輸入信號只有 40 mV 時(shí) ,AD8036 仍能線性檢波。 AD8036 本來是一個 前 位放大器， 具有卓越的 前 位性能， 表現(xiàn)在 : 精度高 (3 mV ) , 恢復(fù)時(shí)間短 ( ns) ，非線 性范圍小，寬頻帶 (DC～ 240MHz) ，鉗位輸入范圍寬 (177。 緩沖檢 波電路如圖 所示。s)、寬頻帶(80MHz, 3dB, G=1) 、失真小 ( 微分增益誤差 % , 微分相位誤差 176。本設(shè)計(jì)使用了兩片 AD603 串聯(lián)使用作為自動增益放大。 (2)當(dāng) AD603 輸出端 VOUT 與反饋端 FDBK 接上反饋電阻時(shí)， Gain(dB)=40VG+20；此時(shí)增益范圍為 0～ +40 dB，帶寬為 30 MHz。 圖 AD603 增益控制原理 超聲回波信號由 VINP 進(jìn)入衰減器衰減后，再通過定增益放大器放大。 AD603 程控增益原理圖如圖 所示，其管腳說明如表 31所示。選用具有較大正向電流的二極管 (如 2K61701)D2和 D3 構(gòu)成雙向限幅電路，防止發(fā)射電路中的高壓脈沖進(jìn)入到后端接收電路中，這樣限幅電路的輸出在士 V 左右，可以達(dá)到該電路的預(yù)期效果。電阻小時(shí)阻尼大，分辨率高，在探測 近表面缺陷時(shí)或?qū)Ψ直媪σ筝^高時(shí)予以采用。在常用的超聲檢測系統(tǒng)中， Vch 電壓在數(shù)十伏至幾百伏的范圍內(nèi)，為充分激發(fā)探頭的壓電性能，本設(shè)計(jì)中采用 600v 高壓直流電源。圖 32為其原理圖。調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈，諧振頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定，發(fā)出的超聲脈沖頻帶較窄。因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式?？煽康毓ぷ?，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然 后在引腳 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路如圖 所示，外接晶振時(shí)， C17 和 C16 值通常選擇為 30PF 左右。為了保證各部件間的同步工作。本設(shè)計(jì)中選擇了內(nèi)部時(shí)鐘方式和按鍵電平復(fù)位 電路，來構(gòu)成單片機(jī)的最小電路。 LabVIEW 可以在計(jì)算機(jī) /硬件終端使用例如臺式機(jī)、工控機(jī)、移動設(shè)備和嵌入式設(shè)備。利用它結(jié)合 NI公司的其他硬件，用戶可以很方便地建立自己的虛擬儀器。在 LabVIEW中開發(fā)的程序也被稱為虛擬儀器，所有的虛擬儀器都包括了前面板和程序框圖兩部分。 LabVIEW 中術(shù)語、圖標(biāo)和概念都是工程師們所熟知的，因此被工程師看作為基于單片機(jī) 和虛擬儀器技術(shù)的超聲 探測儀的 設(shè)計(jì) 11 標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)開發(fā)環(huán)境。數(shù)據(jù)采集由 AT89C82單片機(jī)結(jié)合 LabVIEW串口通訊函數(shù)完成 ,然后結(jié)LabVIEW應(yīng)用軟件進(jìn)行探傷系統(tǒng)的面板設(shè)計(jì)和部分功能的設(shè)計(jì)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、分析和處 理，對測試結(jié)果進(jìn)行顯示。它的工作頻率范圍一般都較低（如幾千赫茲）。 三、共振法 把頻率連續(xù)改變的超聲波射入被檢材料，根據(jù)材料的共振狀況測量其厚度或檢查有無缺陷等材料性質(zhì)的方法稱為共振法。 二、穿透法 利用穿過被檢物體的超聲波的穿透率和有無聲影進(jìn)行探傷檢驗(yàn)的方法稱為穿透法。超聲探傷按其方法和目的可分為如下諸種： 一、脈沖反射法 把超聲脈沖發(fā)射到物體中再接收來自物體中的反射波，這種探傷方法稱為脈沖反射法。 第五章 結(jié)論 對 本設(shè)計(jì)進(jìn)行 詳細(xì) 地總 結(jié)。 第一章 緒論 主要介紹了超聲波探傷儀的發(fā)展?fàn)顩r，以及目前的現(xiàn)狀和前景。過去那種全功能的儀器設(shè)置，還不如單獨(dú)的超聲儀，計(jì)算機(jī)可充分發(fā)揮各自特點(diǎn)。其中，煤炭科學(xué)研究院研制的 20xxA 型超聲分析檢測儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結(jié)果，狀態(tài)信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機(jī)打印。 隨著檢測技術(shù)研究的不斷深入，對超 聲檢測儀器的功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲檢測儀測讀會帶來較大的測試誤差。這些處理方法都取得了較好的效果。廈門大學(xué)的某位學(xué)者研究了一種回波輪廓分析法。 超聲波檢測技術(shù)作為無損檢測技術(shù)的重要 手段之一，在其發(fā)展過程中起著重要的作用，它提供了評價(jià)固體材料的微觀組織及相關(guān)力學(xué)性能、檢測其微觀和宏觀不連續(xù)性的有效通用方法。此外，在材料科學(xué)，醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占具重要地位。同期研制出的超聲檢測儀器還有 S