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、超聲檢測技術的應用超聲檢測技術作為一種重要的測量技術手段之一，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力學性，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,大部分檢測設備僅有A掃描形式,需要通過有經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。這項技術的出現(xiàn)減少了超聲波無損檢測中人為的因素對測量結果的影響,使波形能記錄和保存,并達到檢測結果的直觀性,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)據采集卡、數(shù)據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)據的實時記錄檢測數(shù)據實時存盤3)全漢化用戶界面,雙計算機協(xié)調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)分析結果和檢測報告軟件,打印出分析結果和檢測報告超聲波在鋼中的傳播速度、距離和時間的關系公式為: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,應選擇了大于Nyquist采樣率的過采樣技術。確定了整個系統(tǒng)的采樣速率必須達到100MHZ以上。當然,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)相關的軟件接口及與用戶應用相關的軟件接口。與PCI系統(tǒng)相關的軟件接口是PCI總線配置寄存器,包括本接口卡的生產廠商所指定的設備標志號、修訂版本號以及PCISIG所分配的廠商標志號寄存器,還有狀態(tài)寄存器、命令寄存器以及基地址寄存器等等。與用戶應用相關的軟件接口是與本接口卡實現(xiàn)的特定功能相關的寄存器,包括兩組與數(shù)據傳送有關的起始地址寄存器和結束地址寄存器,還有命令寄存器和狀態(tài)寄存器。對與用戶應用相關的寄存器的操作都應以32位的方式進行。若以8位或16位的方式操作,將產生不可預知的結果。在內存以字節(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/清的字樣標出。對于只讀和可讀可寫屬性應該是見詞明義,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,當某個具有可讀可清除屬性的字節(jié)內容為01010101時,若對該字節(jié)讀,則讀出的內容為01010101。若對該字節(jié)寫入00001111時,該字節(jié)的低4位被清0,內容改變?yōu)?1010000。3、檢測結果評定為檢測設備的開發(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,同時可以調整采樣速率,適應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,對檢測結果更為準確和直觀?？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果的影響,使波形能記錄和保存,并達到檢測結果的直觀性,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,在其探測范圍內的傳播時間:式中:H表示工件厚度從以