超聲波檢測與成像處理系統(tǒng)

超聲波檢測與成像處理系統(tǒng)

1、超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用超聲檢測技術(shù)作為一種重要的測量技術(shù)手段之一，在其開發(fā)過程中發(fā)揮著重要作用。我們提供了一種有效的一般方法來評估固體材料的微觀組織和相關(guān)力學(xué)性，并確定微觀和宏觀的連續(xù)性。由于其信號的高頻特性,超聲波檢測早期僅使用模擬量信號的分析,大部分檢測設(shè)備僅有A掃描形式,需要通過有經(jīng)驗的無損檢測人員對信號進行人工分析才能得出正確的結(jié)論,對檢測和分析人員的要求較高。因此,人為因素對檢測的結(jié)果影響較大,波形也不易記錄和保存,不適宜完成自動化檢測。八十年代后期,由于計算機技術(shù)和高速器件的不斷發(fā)展,使超聲波信號的數(shù)字化采集和分析成為可能。這項技術(shù)的出現(xiàn)減少了超聲波無損檢測中人為的因素對測量結(jié)果的影響,使波形能記錄和保存,并達到檢測結(jié)果的直觀性,同時也實現(xiàn)了超聲波檢測分析和成像處理。使得工業(yè)中超聲波檢測自動化成為可能。2、過采樣檢測頻率的確定以及軟件接口的設(shè)置數(shù)字式超聲波檢測和成像處理系統(tǒng)是采用PC微機,以高速實時采集和存儲及數(shù)字成像為主要技術(shù)的實時檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由下列部分組成:微機(或工控機)系統(tǒng)、超聲波脈沖發(fā)射器、超聲波信號接收器、高速數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)處理和分析軟件包以及傳感器、探頭運動和掃描控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)具備如下基本功能:1)具有A型掃描超聲波探傷設(shè)備的全部功能和分析方法工作頻率:1一40MHZ2)具有可程控和可選擇的四通道方式和數(shù)據(jù)的實時記錄檢測數(shù)據(jù)實時存盤3)全漢化用戶界面,雙計算機協(xié)調(diào)工作多窗戶的圖形分析4)可事后分析、處理、測試任何位置范圍內(nèi)的探傷情況5)實時的A掃描顯示(單、雙、四通道方式可選)、掃查控制顯示事后A掃描顯示、B掃描顯示、C掃描顯示,3D顯示,各顯示方式可相互比較6)分析結(jié)果和檢測報告軟件,打印出分析結(jié)果和檢測報告超聲波在鋼中的傳播速度、距離和時間的關(guān)系公式為:式中:D表示聲程(距離)c表示聲速T表示傳播時間如果采用反射法直探頭進行檢測(如圖2),在其探測范圍內(nèi)的傳播時間:式中:H表示工件厚度C表示聲速T表示傳播時間如果釆用反射法斜探頭進行檢測(如圖3,4),則要考慮入射角和幾次聲程的影響。采用一次聲程探傷,在其探測范圍內(nèi)的傳播時間:式中:H表示工件厚度C表示聲速T表示傳播時間φ表示探頭入射角C表示聲速T表示傳播時間φ表示探頭入射角如對于1mm厚的材料進行檢測,由于超聲波在其中的傳播時間僅為0.339μs,要達到10%(0.1mm)的檢測精度,必須要能分辨0.0339μs的信號周期,不至于信號重疊而無法分辨。這就要求檢測頻率至少大于29.5MHZ(1/0.0339μs)的檢測頻率fM。因此,對于采樣頻率FN至少滿足內(nèi)奎斯特(Nyquist)頻率,即滿足條件:FN>2fM,也就是采樣頻率至少達到60MHZ以上。對于整個系統(tǒng)的設(shè)計檢測頻率上限40MHZ,采樣頻率必須在80MHZ以上。為了提高信噪比和檢測精度,應(yīng)選擇了大于Nyquist采樣率的過采樣技術(shù)。確定了整個系統(tǒng)的采樣速率必須達到100MHZ以上。當(dāng)然,整個系統(tǒng)為了滿足不同檢測要求的需要,采樣速率是可以調(diào)整的,在檢測頻率不是很高時,可以降低采樣速率,以減小緩沖容量的要求。接口卡的軟件接口包括兩個部分:與PCI系統(tǒng)相關(guān)的軟件接口及與用戶應(yīng)用相關(guān)的軟件接口。與PCI系統(tǒng)相關(guān)的軟件接口是PCI總線配置寄存器,包括本接口卡的生產(chǎn)廠商所指定的設(shè)備標(biāo)志號、修訂版本號以及PCISIG所分配的廠商標(biāo)志號寄存器,還有狀態(tài)寄存器、命令寄存器以及基地址寄存器等等。與用戶應(yīng)用相關(guān)的軟件接口是與本接口卡實現(xiàn)的特定功能相關(guān)的寄存器,包括兩組與數(shù)據(jù)傳送有關(guān)的起始地址寄存器和結(jié)束地址寄存器,還有命令寄存器和狀態(tài)寄存器。對與用戶應(yīng)用相關(guān)的寄存器的操作都應(yīng)以32位的方式進行。若以8位或16位的方式操作,將產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果。在內(nèi)存以字節(jié)(8位)為單位進行尋址的情況下,在進行16位或32位的操作時認(rèn)為字節(jié)排列順序如下:高位字節(jié)在地址較大的字節(jié)上,低位字節(jié)在地址較小的字節(jié)上,在各個寄存器中,有些寄存器是只讀的,有些寄存器是可讀可寫的,還有一些寄存器是可讀可清除的。以上這些屬性在以后對每個寄存器的說明中將分別以只讀、讀/寫、讀/清的字樣標(biāo)出。對于只讀和可讀可寫屬性應(yīng)該是見詞明義,這里就不多作說明。對于可讀可清除屬性,在這里有必要說明一下。對可讀可清除的寄存器作讀操作時,與一般的讀操作無異。在寫操作時,那些寫入1的位會被清0,那些寫入0的位則不受影響。具體來說,當(dāng)某個具有可讀可清除屬性的字節(jié)內(nèi)容為01010101時,若對該字節(jié)讀,則讀出的內(nèi)容為01010101。若對該字節(jié)寫入00001111時,該字節(jié)的低4位被清0,內(nèi)容改變?yōu)?1010000。3、檢測結(jié)果評定為檢測設(shè)備的開發(fā)提供了可能上述系統(tǒng)可滿足頻率范圍從IMHZ到40MHZ超聲波檢測采集和分析的需要,同時可以調(diào)整采樣速率,適應(yīng)不同檢測頻率的記錄要求。采用全數(shù)字式超聲波信號顯示和處理方式,可以為超聲波檢測的分析提供必要的數(shù)據(jù),對檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確和直觀?？梢愿鼮榫_地對缺陷進行定位和定量。同時,為超聲波檢測設(shè)備的開發(fā)提供了良好的開發(fā)手段。對提高超聲波檢測設(shè)備的開發(fā)水平具有積極意義。減少了超聲波無損檢測中人為的因素對測量結(jié)果的影響,使波形能記錄和保存,并達到檢測結(jié)果的直觀性,同時也實現(xiàn)了超聲波檢測分析和成像處理。使得工業(yè)中超聲波檢測自動化成為可能。采用二次聲程探傷,在其探測范圍內(nèi)的傳播時間:式中:H表示工件厚度從以