超聲波檢測(cè)與成像處理系統(tǒng)

超聲波檢測(cè)與成像處理系統(tǒng)

1、超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用超聲檢測(cè)技術(shù)作為一種重要的測(cè)量技術(shù)手段之一，在其開(kāi)發(fā)過(guò)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(lái)評(píng)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(hào)的高頻特性,超聲波檢測(cè)早期僅使用模擬量信號(hào)的分析,大部分檢測(cè)設(shè)備僅有A掃描形式,需要通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的無(wú)損檢測(cè)人員對(duì)信號(hào)進(jìn)行人工分析才能得出正確的結(jié)論,對(duì)檢測(cè)和分析人員的要求較高。因此,人為因素對(duì)檢測(cè)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(dòng)化檢測(cè)。八十年代后期,由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和高速器件的不斷發(fā)展,使超聲波信號(hào)的數(shù)字化采集和分析成為可能。這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)減少了超聲波無(wú)損檢測(cè)中人為的因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,使波形能記錄和保存,并達(dá)到檢測(cè)結(jié)果的直觀性,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了超聲波檢測(cè)分析和成像處理。使得工業(yè)中超聲波檢測(cè)自動(dòng)化成為可能。2、過(guò)采樣檢測(cè)頻率的確定以及軟件接口的設(shè)置數(shù)字式超聲波檢測(cè)和成像處理系統(tǒng)是采用PC微機(jī),以高速實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)及數(shù)字成像為主要技術(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由下列部分組成:微機(jī)(或工控機(jī))系統(tǒng)、超聲波脈沖發(fā)射器、超聲波信號(hào)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(yùn)動(dòng)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(shí)時(shí)記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存盤(pán)3)全漢化用戶界面,雙計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)工作多窗戶的圖形分析4)可事后分析、處理、測(cè)試任何位置范圍內(nèi)的探傷情況5)實(shí)時(shí)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(cè)報(bào)告軟件,打印出分析結(jié)果和檢測(cè)報(bào)告超聲波在鋼中的傳播速度、距離和時(shí)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(shí)間如果采用反射法直探頭進(jìn)行檢測(cè)(如圖2),在其探測(cè)范圍內(nèi)的傳播時(shí)間:式中:H表示工件厚度C表示聲速T表示傳播時(shí)間如果釆用反射法斜探頭進(jìn)行檢測(cè)(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(cè)范圍內(nèi)的傳播時(shí)間:式中:H表示工件厚度C表示聲速T表示傳播時(shí)間φ表示探頭入射角C表示聲速T表示傳播時(shí)間φ表示探頭入射角如對(duì)于1mm厚的材料進(jìn)行檢測(cè),由于超聲波在其中的傳播時(shí)間僅為0.339μs,要達(dá)到10%(0.1mm)的檢測(cè)精度,必須要能分辨0.0339μs的信號(hào)周期,不至于信號(hào)重疊而無(wú)法分辨。這就要求檢測(cè)頻率至少大于29.5MHZ(1/0.0339μs)的檢測(cè)頻率fM。因此,對(duì)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(dá)到60MHZ以上。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)檢測(cè)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(cè)精度,應(yīng)選擇了大于Nyquist采樣率的過(guò)采樣技術(shù)。確定了整個(gè)系統(tǒng)的采樣速率必須達(dá)到100MHZ以上。當(dāng)然,整個(gè)系統(tǒng)為了滿足不同檢測(cè)要求的需要,采樣速率是可以調(diào)整的,在檢測(cè)頻率不是很高時(shí),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(gè)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(hào)、修訂版本號(hào)以及PCISIG所分配的廠商標(biāo)志號(hào)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(shí)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(duì)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(jìn)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(jìn)行尋址的情況下,在進(jìn)行16位或32位的操作時(shí)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(gè)寄存器中,有些寄存器是只讀的,有些寄存器是可讀可寫(xiě)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(duì)每個(gè)寄存器的說(shuō)明中將分別以只讀、讀/寫(xiě)、讀/清的字樣標(biāo)出。對(duì)于只讀和可讀可寫(xiě)屬性應(yīng)該是見(jiàn)詞明義,這里就不多作說(shuō)明。對(duì)于可讀可清除屬性,在這里有必要說(shuō)明一下。對(duì)可讀可清除的寄存器作讀操作時(shí),與一般的讀操作無(wú)異。在寫(xiě)操作時(shí),那些寫(xiě)入1的位會(huì)被清0,那些寫(xiě)入0的位則不受影響。具體來(lái)說(shuō),當(dāng)某個(gè)具有可讀可清除屬性的字節(jié)內(nèi)容為01010101時(shí),若對(duì)該字節(jié)讀,則讀出的內(nèi)容為01010101。若對(duì)該字節(jié)寫(xiě)入00001111時(shí),該字節(jié)的低4位被清0,內(nèi)容改變?yōu)?1010000。3、檢測(cè)結(jié)果評(píng)定為檢測(cè)設(shè)備的開(kāi)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(cè)采集和分析的需要,同時(shí)可以調(diào)整采樣速率,適應(yīng)不同檢測(cè)頻率的記錄要求。采用全數(shù)字式超聲波信號(hào)顯示和處理方式,可以為超聲波檢測(cè)的分析提供必要的數(shù)據(jù),對(duì)檢測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確和直觀?？梢愿鼮榫_地對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量。同時(shí),為超聲波檢測(cè)設(shè)備的開(kāi)發(fā)提供了良好的開(kāi)發(fā)手段。對(duì)提高超聲波檢測(cè)設(shè)備的開(kāi)發(fā)水平具有積極意義。減少了超聲波無(wú)損檢測(cè)中人為的因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,使波形能記錄和保存,并達(dá)到檢測(cè)結(jié)果的直觀性,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了超聲波檢測(cè)分析和成像處理。使得工業(yè)中超聲波檢測(cè)自動(dòng)化成為可能。采用二次聲程探傷,在其探測(cè)范圍內(nèi)的傳播時(shí)間:式中:H表示工件厚度從以