基于虚拟仪器的超声探伤系统.pdf

www.mzfw.com
第24卷第2期
无损检测
Vol 24 N. 2
2002年2月
NDT
2002
试验研究
基于虚拟仪器的超声探伤系统
沈大鹏,高扬杰
(呼和浩特铁路局科研所,呼利浩特010050)
摘要:介绍种基于虚拟仪器的数字超声波探伤系统的设计思想和实现技术。
关健词:超声检验系统;数字信号处理;算机;硬件;软件
中图分类号:TGH15.285文献标识码:A文章编号:1006620200-004-02
VIRTUAL TNSTRUMENT BASED IL TRASONIC TESTING SYSTEM
S HIN Dar- peng, GIAO Yanr jie
(The Research Institule of Scicncc and Technology, Huhchaolc Railway Burcau, Huhchaolc 010050, Chin
Abstract Ihe design principle and techno es of the iral intent based gital ultrasonic testin systemn were de
scribed
Keywords: ltrasonic testing system Digital signal processing; omputer; Tlarware: Software
超声波檢测作为重要的无损檢测于段之一应用
超通道切換
波
厂'闹的领域,检测设备的性能直接影啊被测部件
信号数
波
接收し据
的安个运行期和使用寿命的正确判定;随着数字信
发
射
及处
转
控(彩
电
理等
色.
号处理技术的发展,数字超声波探伤设备在功能和
液
路
电路
采
性能方面都将超过传统的模拟探伤设备。本文根据
集
卡
板
实际研制经验,介绍·种基于虚拟仪器的超声探伤
高压[泉整制电路
系统,利用计算机的高速数据采集和并行信号处理
技术,由软件完成对超声信号的实时处理,并实现多
SA工控总线
和功能,提高檢测的可靠性和准确性,同时,模块化
的软、硬件结构,使其便丁移植应用到多种场合。
图1系统结构框图
1系统的结构及工作原理
模拟信号的处理和转換;再将ND袋换后的数据送
回计算机,进行分析、计算及识别等智能化处理后,
采用虤拟仪器设计结构,峺件系统由486DX以显示回波波形、计算结果和分析结果等信息;且可
上工控机等标准设备、高速AD转换卡、系统制以随时存储、打印、回放探伤波形和测试结果等。
电路、超声波发射和接收电路以放其它外围电路组
成,用软件对各种数据进行分析处理,显示波形和结2硬件的设计和配置
果,实现损伤识别和锁定等多种功能,完成超声检测
2.1数据采集和转换电路
的全部操作。系统结构框图参见图1
数据采集电路是影响仪器整体性能的重要部
在控制核心(即计算札)中存储着各通道的工艺
这部分电路将输入的回波信号进行数字化转换
数据并以此作为控制依据,输出柑应的控制信号,通
过系统的控制电路接?,送剑执行电路以协调各部分
并提供给计算机,核心是A/ID转换器。其设计依据
便件工作,完成通道切换、超声波的发射和接收以及主要是数据采集的速度、精度和信号幅度,需要
20MHE以上的转换速率,我们使用的是40MHz,8位
收稿日期:2001-01-18
精度的A/ID转换器采集容量32132,山软什控制
0 1995-2004 singha ongfang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved
www.mzfw.com
沈人鹏等:基丁虚拟仪器的超声探伤系统
釆样长度,软、硬件启动转换,这部分电路的通用性
系统初始化
较强,釆用市场成品釆集卡可以缩短开发时间,但成
参数
本可能增川
设器「作状
若自行设计这部分电路,应注意在采集时使
MD转換器件的时钟输入和输出允许端与存储器的
屏示测试界面
写信号端同步受挫于存储器的地址发生电路,自动
启动首次探伤利采集
完成采集工作;数据传输时各部分时序必须与总线
协调致,才能保证高速、正确地进行数据传输;电
采集東读取数拭
路的模找地与数字地回路成分开布线,开处理好电[启劝下次探伤和采
源的滤波、屏蔽利接地,同时,尽量使用低阻抗駅动
源缩短信号传输距离,避免数字信号对A/I)转换
并行数場理
器的下抗和影响。关键高速器件最好选用74iXX
显示形不果
系列,但功耗较大,一般也可选用74LCXX系列
系统控钊电路
键樹操作识别别稱处理
系统控制电路的主要功能是作为计算机的接
其它子功能埉用
电路,将脉冲、电平等开关量信号送到执行电路,实
现系统硬件的拧制和协调,主要拧制超声波的发射、
工艺状态存储
通道切换、模拟信号接收电路的增益以及数据采集
电路的设置和启动等。该电路的通用性较强,电路
图2软件结构框图
也不复,一殿根据IO接口的数量和速度选用数:然后生成屏幕界面并进行首次发射和采集。
成品1()卡也可根据应用需要进行设计。
采集结束后,用16位操作指令将数据快速读入
2.3其它部分电路
计算机内存;接着启动下次发射和采集,与此同时,
其它各部分电路是针对超声採伤的具体工作而软件数据进行分析、计算和处理,显示回波波形和
设计的,安业性较强。如高压广电路是由高颊振探伤结果等信息。可见,木系绽将高速的使件采集
荡器整沇和滤波等部分纽成,为超卢波发射提供直过稈和软仆并行数处理过稈相结合提高了系统
流高压脉冲;通道切换电路是将发射脉冲加到指定的实性
的探头上完成姫声波发射,然后将接收的模拟回波
数据处理模埉包含软件滤波、数据压缩、损伤识
信号进行可控增益高频放人和檢波等处理送釗数別及回波定位计算等数据处理子模块,设计者可根
据采集电路。対不同的应用场合,可根据所研彻的据不同的应用场合和需要进行适当的增补
具休系统和设备的需要而进行设计23
显示模块可有多种显示方式,我们使用了表现
硬件电路提供了数据输入、输出的物理环境。能力吏强的彩色显示屏,其中A型显示方式在显小
总体结构按模块进行设计,通过添加和更换不同的动态回波时将自动识别出的可疑损伤波形用另一颜
模块可改蒈系统的性能,再配合相应的软件,可进行色锁定显示,或将闻门内最大损伤波形分色锁定显
系统的川。
示,述可将回波峰值包络线分色显小,便于估计缺陷
3系统软件设计及功能实现
大小;设计的彩色B型三维数据显示方式,即纵坐
标为炤声波佞播吋间或声程.,横坐标为探伤攥作
整个系统的软件采用模块化结构,便丁功能的程经历时间,用不同颜色表示回波幅度、特別适合轮
扩充、升级和维护,并有利」移植用」其它场合。我轴等匀速转动或移动的被测对象的探伤,探仿人员
们采用C语言编写程序,关健部分(如数据读入、屏可在一屏内看到一周或一段时间(距离)内的连鉄探
幕处等模块)使