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基于激光超声技术的探损检测技术研究刘斌儒;关艳翠【摘要】Due to the high detection sensitivity,long transmission distance,small transmission attenuation of superconducting acoustic structure,it is widely used in the field of non-destructive test.Its high laser ultrasonic detection resolution,no contact,etc.,become a new research hot issues in the field of nondestructive testing.This paper discusses and studies the structural damage detection method based on laser ultrasonic technology.The hardware and control methods of the system and the relationship between the propagation state and the damage of Lamb wave are analyzed and studied.Signal analysis and feature extraction are performed from two different angles of complex wavelet transform and dispersion energy compensation focusing.Damage Imaging of aluminum plate is done by wavelet transform.The reference is provided for future practical engineering applications.%超导声波结构损伤比较敏感,传输距离长、传输衰减小,在无损领域的应用越来越广泛.激光超声检测分辨率高、不需要接触等,在无损检测领域已成为新的研究热点问题.深入讨论和研究了基于激光超声技术的结构损伤检测方法,完成激光超声检测系统的搭建,并对该系统的硬件和控制方法进行了分析和研究,对Lamb波的传播状态和损伤之间的关系进行分析.从复波小波变换和色散能量补偿聚焦2个不同的角度进行信号分析和特征提取.完成小波变换法对铝板的损伤成像.为以后的实际工程应用,提供借鉴和参考.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2017(046)003【总页数】4页(P228-230,233)【关键词】无损检测;激光超声检测;复波小波变换,色散能量补偿聚焦【作者】刘斌儒;关艳翠【作者单位】新疆轻工职业技术学院,新疆乌鲁木齐830021;新疆轻工职业技术学院,新疆乌鲁木齐830021【正文语种】中文【中图分类】TB553无损检测是一种涉及多学科的综合性技术。
科技风2017年12月超声波无损检测技术是融合了超声学、电子学、计算机技 术及分子材料学等多学科而构成的一门高新技术学科。
其检 测原理是根据缺陷材料所显示的声学性质对超声波传播的影 响来检测材料的缺陷[1’2]。
超声波的回波信号是中心频率达20MH@的高频信号，通 常采用的超声波回波信号频率为2.5-lOMHz，要使这样的高频 信号数字化，对模数转换电路提出了很高的要求。
根据香农采 样定理及实际应用的要求，采样信号的频率应为输入信号频率 的7-10倍，这样对模数转换电路、微处理器运算能力和数据的 存储速度提出了极高的要求[3]。
因此，本文根据实际应用需求，设计了一款中心频率为5MHz，采样频率可达50MHz，两种 检测模式自动切换的智能化超声波无损探伤仪。
1超声波无损探伤系统硬件设计智能化超声波无损探伤仪系统框图如图1所示。
叫探头 1 |探头 2~|图1超声波无损探伤仪系统框图智能化超声波无损探伤仪包括发射电路、探头切换电路、信号调理电路、A/D转换电路、显示电路、数据存储电路及通信 电路。
结合系统框图及要实现的具体功能微处理器选用低功 耗的MSP430单片机。
MSP430单片机集成有高精度的A/D和 D/A模块，可直接应用，这样既简化了系统又提高了系统的可 靠性。
系统的工作过程为：由MSP430产生一定频率的脉冲触 发信号，发射电路受触发产生高频脉冲，施加至超声波换能器 (探头）产生超声波，超声波在待测工件中传播遇缺陷后产生反 射或透射，由此产后回波，接收电路收到回波后，通过信号调理 电路的处理后进行A/D转换，通过FIFO缓存后由MSP430处 理，最终给出检测结果。
下面详细介绍发射电路。
超声波换能器需要用直流高压来激励。
超声波探伤仪所 用的直流高压多数在400V-600V左右，本设计选取400V，因此 需配备一输出电压大于400V的高压直流电源。
根据超声波换 能器的激励原理，所用的电脉冲宽度越窄、幅值越高，就越能有 效地激励换能器。
基于VC++和PCI-5124的超声探伤仪高速数据采集系统设计王敬瑞;廉小亲;张晓力;肖定国;徐春广【摘要】为确保超声波探伤仪的可靠性和准确性,设计了超声探伤仪触发信号高速数据采集系统,用于检测和评价超声探伤仪各项性能指标.针对传统数据采集系统存在的不足,详细阐述了以工控计算机(IPC)为核心,以高速数字化仪NI PCI-5124为高速精密数据采集设备,并运用VC++编程实现采集卡驱动与采集参数配置的系统总体设计方案.测试结果表明:所设计的数据采集系统很好地实现了超声探伤仪发射端与接收端信号的高速连续采集、高速数据流实时存储,从而保证了仪器测试系统的测量精度.%In order to ensure the reliability and accuracy of the ultrasonic flaw detector, a high-speed data acquisition system used for the trigger signalof ultrasonic flaw detector was designed to detect and evaluate the performance indicators of the ultrasonic flaw detector. Focused on the deficiency of traditional data acquisition system, the program described the industrial computer (IPC ) as the core and the high-speed digitizers, NI PCI-5124 as high-speed precision data acquisition equipment, using VC + + program to design the whole system that achieves capture card driver and the acquisition parameters configuration. The test results show that the data acquisition system can achieve the high-speed continuous acquisition between the ultrasonic flaw detector transmitter and the receiver signal, and the high-speed data stream real-time storage, thereby to ensure the measurement accuracy of the test instrument system.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】3页(P101-103)【关键词】高速数据采集;超声探伤仪;性能测试;VC++【作者】王敬瑞;廉小亲;张晓力;肖定国;徐春广【作者单位】北京工商大学计算机与信息工程学院,北京100048;北京工商大学计算机与信息工程学院,北京100048;北京工商大学计算机与信息工程学院,北京100048;北京理工大学机械与车辆学院,北京100081;北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室,北京100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京100081;北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TP311.11 系统总体功能需求分析系统的研究对象是工作频率范围在0.5～20 MHz之内的脉冲式超声无损检测装置，研究其输出特性测试技术。
数字化超声波探伤检测系统的设计与研究的开题报告一、背景与意义超声波探测技术是一种广泛应用于工况检测和无损检测领域的非破坏性检测方法，具有高精度、高灵敏度、无损伤、不受材料密度等因素影响的优点，因此得到了广泛的应用。
数字化超声波探伤检测系统是目前超声波探测技术的发展方向，与传统的模拟超声波探测系统相比，数字化超声波探测系统具有更高的精度、更强的可靠性和更好的稳定性。
同时数字化超声波探测系统也更适合应用于工业现场的无损检测和实时监测。
本课题旨在研究数字化超声波探测系统的设计与研究,探索基于数字化平台的超声波探测技术，提高其检测精度和稳定性，同时将该技术应用于工矿企业的设备运行监测与维护，为提高设备可靠性和降低生产成本发挥重要作用。
二、研究目标与内容1. 研究数字化超声波探测系统的工作原理，包括数字化探头的设计、超声波信号的数字化处理及其算法、图像显示与分析。
2. 开发数字化超声波探测系统框架和硬件平台，包括数据采集和处理板、触控显示屏、超声波探头等。
3. 设计数字信号处理算法，包括数字滤波、波形分析、相关分析、频谱分析等。
4. 实现数字化超声波探测系统的软件平台，支持实时数据采集、波形分析、成像显示等功能。
5. 将数字化超声波探测系统应用于工矿企业的设备监测与维护，测试并评估其在实际应用中的有效性和可靠性。
三、研究方法与计划1. 文献综述。
对数字化超声波探测技术的国内外研究现状进行系统分析，了解数字化超声波探测系统的设计方法、工作原理和应用领域，确定本课题研究方向和目标。
2. 数字化探头设计。
设计数字化超声波探头，包括探头的结构和材料，探头的工作频率、增益和灵敏度的选择，探头的驱动电路设计等。
3. 数据采集和处理板的设计。
选择合适的硬件平台，包括FPGA或DSP芯片，完成数字信号的采集、处理和存储。
4. 软件设计。
编写数字化超声波探测系统的软件平台，支持实时数据采集、波形分析、成像显示等功能。
5. 系统测试。
基于PCI总线的高速数据采集卡的设计
王鑫;郭继燕;丁铁夫;王遵立;王瑞光
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2003(019)005
【摘要】本文介绍了一种基于PCI总线的高速数据采集卡的设计方案,该方案具有高速度、低成本的优点.并给出了PCI总线控制器的实现和具体的硬件电路设计,最后介绍了用Windriver编写设备驱动程序的方法,提供了部分源代码.
【总页数】2页(P31-32)
【作者】王鑫;郭继燕;丁铁夫;王遵立;王瑞光
【作者单位】130021,吉林长春中国科学院长春光学精密机械与物理研究
所;130021,吉林长春中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;130021,吉林长春中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;130021,吉林长春中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;130021,吉林长春中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于PCIe总线的高速数据采集卡设计与实现 [J], 李木国;黄影;刘于之
2.基于PCI总线的高速数据采集卡的设计与实现 [J], 王伟楠;付少锋;车向泉
3.基于PCI总线高速数据采集卡的SDRAM控制器设计 [J], 李木国;何文涛;刘于
之;张群;王静
4.基于PCI总线的高速数据采集卡系统设计与实现 [J], 裴喜龙;童莉
5.基于PCI总线的高速数据采集卡系统设计与实现 [J], 裴喜龙;童莉
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摘要超声无损检测是在现代工业生产中应用的非常广泛的一种无损检测方法，它对于提高产品的质量和可靠性有着重要的意义。
尽管随着电子技术的发展，国出现了一些数字化的超声检测仪器，但其数据处理及扩展能力有限，缺乏足够的灵活性。
而虚拟仪器是近年来刚刚发展起来的一种新的仪器构成方式，它是一种计算机技术、通讯技术和测量技术相结合的产物，具有很大的灵活性和扩展性，具有旺盛的生命力。
因而本设计尝试将虚拟仪器技术和超声检测技术相结合，基于A T89C52单片机开发的超声探伤仪智能系统的硬件组成、软件设计和抗干扰措施,以脉冲反射式超声探伤仪为代表研制完成一个良好的数字化的超声检测平台，该系统具有测量、数字显示、A/D转换等功能,并具有工作稳定、性能好等优点。
为以后进一步的更深入的超声数字信号处理研究打下了良好的基础。
关键词：无损检测；超声波探伤；AT89C52；虚拟仪器；L a b V I E WAbstractA s a k i n d o f N DT(N o n-D e s t r u c t i v e Te s t i n g)，U T (U l t r a s o n i c Te s t i n g)i s w i d e l y u s e d i n m o d e r ni n d u s t r y,w h i c h p l a y s a v e r y i m p o r t a n t r o l e i ni m p r o v i n g t h e q u a l i t y a n d t h e r e l i a b i l i t y o f p r o d u c t.A l t h o u g h a l o n g w i t h t e c h n i c a l d e v e l o p m e n t i ne l e c t r o n i c s,s o m e d i g i t a l U T i n s t r u m e n t s h a v e b e e n d e v e l o p e d a t h o m e,i t s e x p a n d-a b i l i t y a n d t h ea b i l i t y o f p r o c e s s i n g d a t a l i m i t e d.V I(V i r t u a l I n s t r u-m e n t)i s a n e w I n s t r u m e n t s t r u c t u r e d e v e l o p e dr e c e n t y e a r s a n d i s a n o u t c o m e w h i c h c o m b i n e s t h e c o m p u t e r t e c h n i q u e,t h e c o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u e t o g e t h e r w i t h t h e m e a s u r e t e c h n i q u e,w h i c h h a sh u g e e x p a n d a b i l i t y,f l e x i b i l i t y a n d t h e p r o s p e r o u sv i t a l i t y.S o a m e t h o d o f t r y i n g t o c o n j o i n t h e V I a n d t h e U T i s b r o u g h t o u t a n d a d i g i t a l U T D e v i c e b a s e d o n A t y p e u l t r a s o n i c f l a w d e t e c t o r h a s b e e n m a d e, t h e h a r d w a r e c o m p o s i t i o n,s o f t w a r e d e s i g n a n da n t i2-i n t e r f e r e n c e m e a s u r e s o f t h e i n t e l l i g e n tu l t r a s o n i c f l a w d e t e c t o r s y s t e m b a s e d o n A T89C52 m o n o l i t h i c u n i t a r e d e s c r i b e d.T h e s y s t e m h a sa c c u r a t e m e a s u r e m e n t,d i g i t d i s p l a y,A/D c h a n g e, n d i t h a s h i g h s t e a d y f u n c t i o n w h i c h w i l lb e h e l p t o t h e f u r t h e r r e s e a rc h o n u l t r a s o n i cd i g i t a l s i g n a lp r o c e s s i n g i n f u t u r e.K e y w o r d s：N DT(N o n-D e s t r u c t i v e Te s t i n g)；U T(U l t r a s o n i c Te s t i n g) AT89C52；L a b V I E W；V I (V i r t u a l I n s t r u m e n t)目录摘要 (1)Abs tr a c t (2)目录 (4)第一章绪论 (6)设计的背景及意义 (7)第二章超声波及超声检测的原理 (9)2.1超声波的基本性质 (9)2.1.1超声波的速度及波长 (9)2.1.2超声波的衰减 (10)2.2超声换能器 (11)2.2.1超声换能器的定义及分类 (11)2.2.2超声换能器的主要性能参数 (12)2.3超声波探伤的原理 (13)2.3.1超声波探伤方法的分类 (13)2.3.2脉冲反射式超声探伤仪的原理 (14)第三章系统硬件设计 (18)3.1系统硬件整体结构框图 (18)3.2单元电路 (19)3.2.1AT89C52单片机 (19)3.2.2发射电路 (21)3.2.3信号调理电路 (23)3.2.4600v电源电路 (32)3.2.5.+5v电源电路以及-5v电源电路 (33)3.3上位机处理设计 (35)3.3.1基于L a b V I E W的单片机串口通讯设计 . 353.3.2基于L a b V I E W的软件设计 (37)第四章总结 (41)第五章主要参考文献 (42)第六章致谢词 (43)第一章绪论随着现代工业和科学技术的发展，无损检测技术在设备和装备的运行、产品质量的保证、提高生产率、降低成本等领域发挥着越来越大的作用，无损检测也已经发展成为一门独立的综合性学科，而超声波探伤技术在无损检测领域占有极其重要的地位，在很多领域均获得非常广泛的应用。
基于LabVIEW软件的虚拟数字超声探伤仪设计
蔡兰;陈祯;张景如
【期刊名称】《无损检测》
【年(卷),期】2005(027)004
【摘要】传统的仪器一般开发周期较长,分析测试的精度低、成本高.虚拟仪器是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板,以多种形式输出检测结果;利用软件功能实现数字信号的运算、分析和处理;利用输入/输出(I/O)接口设备完成信号的采集、测量与调试,从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统.采用LabVIEW应用软件对数字式超声探伤仪面板和部分功能进行设计与构建,并实现其相关功能.
【总页数】3页(P192-194)
【作者】蔡兰;陈祯;张景如
【作者单位】武汉理工大学,机电学院,测控系,武汉,430070;武汉理工大学,机电学院,测控系,武汉,430070;武汉理工大学,机电学院,测控系,武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28
【相关文献】
1.基于Labview的虚拟数字示波器系统软件设计 [J], 纽瑞萍;廖戎;孙永刚
2.基于LabVIEW的虚拟圆度仪中数字滤波器的软件实现 [J], 玄兆燕;常秀辉
3.数字超声轮轴探伤仪软件系统的设计与实现 [J], 王艳;张礼君;韩啸
4.基于虚拟仪器的超声波探伤仪的设计 [J], 张青春;武莎莎
5.基于FPGA的数字超声轮轴探伤仪硬件设计与实现 [J], 王艳;韩啸;张礼君
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2012年第11期仪表技术与传感器InstrumentTechniqueandSensor 2012No.11基金项目：北京市教委科技创新平台（201151）收稿日期：2012－02－27收修改稿日期：2012－08－29基于VC ++和PCI －5124的超声探伤仪高速数据采集系统设计王敬瑞1，廉小亲1，张晓力1，肖定国2，3，徐春广2，3（1．北京工商大学计算机与信息工程学院，北京100048；2．北京理工大学机械与车辆学院，北京100081；3．北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室，北京100081）摘要：为确保超声波探伤仪的可靠性和准确性，设计了超声探伤仪触发信号高速数据采集系统，用于检测和评价超声探伤仪各项性能指标。
针对传统数据采集系统存在的不足，详细阐述了以工控计算机（IPC ）为核心，以高速数字化仪NI PCI －5124为高速精密数据采集设备，并运用VC ++编程实现采集卡驱动与采集参数配置的系统总体设计方案。
测试结果表明：所设计的数据采集系统很好地实现了超声探伤仪发射端与接收端信号的高速连续采集、高速数据流实时存储，从而保证了仪器测试系统的测量精度。
关键词：高速数据采集；超声探伤仪；性能测试；VC ++中图分类号：TP311．1文献标识码：A文章编号：1002－1841（2012）11－0101－03Ultrasonic Testing High-speed Data AcquisitionSystem Design Based on VC ++and PCI －5124WANG Jing-rui 1，LIAN Xiao-qin 1，ZHANG Xiao-li 1，XIAO Ding-guo 2，3，XU Chun-guang 2，3（1．College of Computer and Information Engineering ，Beijing Technology and Business University ，Beijing 100048，China ；2．College of Mechanical and Vehicle ，Beijing Institute of Technology ，Beijing 100081，China ；3．Key Laboratory of Fundamental Science for Advanced Machining ，Beijing Institute of Technology ，Beijing 100081，China ）Abstract ：In order to ensure the reliability and accuracy of the ultrasonic flaw detector ，a high-speed data acquisition system used for the trigger signalof ultrasonic flaw detector was designed to detect and evaluate the performance indicators of the ultrasonic flaw detector．Focused on the deficiency of traditional data acquisition system ，the program described the industrial computer （IPC ）as the core and the high-speed digitizers ，NI PCI-5124as high-speed precision data acquisition equipment ，using VC ++program to design the whole system that achieves capture card driver and the acquisition parameters configuration．The test results show that the data acquisition system can achieve the high-speed continuous acquisition between the ultrasonic flaw detector transmitter and the receiver signal ，and the high-speed data stream real-time storage ，thereby to ensure the measurement accuracy of the test instru-ment system．Key words ：high-speed data acquisition ；ultrasonic testing ；characteristic testing ；VC ++1系统总体功能需求分析系统的研究对象是工作频率范围在0.5 20MHz 之内的脉冲式超声无损检测装置，研究其输出特性测试技术。
特性测试的内容和指标主要包括：探伤仪发射端信号的时频域特性以及接收端信号的时频域特性。
针对脉冲发射部分，采集卡通过模拟触发采集发射脉冲信号，然后对脉冲信号进行测量分析；针对信号接收部分，将超声探伤仪置为一发一收，发射信号经衰减后连接到信号发生器的同步端，信号发生器发送指定信号到超声探伤仪接收端，观察超声波探伤仪显示屏上的变化，对超声探伤仪接收部分进行评定。
［1-2］2总体方案设计在超声探伤仪仪器性能测试系统设计中，依据超声探伤仪内部工作原理进行仪器测量。
由于探伤仪发射脉冲触发频率很高，其中心频率最高达到20MHz 以上，要使这样的高频信号数字化，系统就对模/数转换电路提出了很高的要求。
为有效检测仪器的各项性能参数，保证测量的高精度，前端数据采集系统需具有很高的采样速率，以完成离线数据的处理和分析。
根据Shannon 采样定理和Nyquist 采样准则，在理想的数据采集系统中，为了使采样信号不失真地复现输入信号，采样频率至少是输入信号最高频率的2倍［3－4］。
传统数据采集系统中，针对脉冲信号工作频率较高的情况，一般的插入式数据采集板卡受到采样速率的限制，而且还受到采集卡板载内存和高速数据流传输速率的限制。
系统设计选取高速数字化仪NI PCI －5124作为高速数据采集设备，利用VC ++进行采集卡驱动编程与采集参数的配置，实现数据高速连续采集、数据流实时存储，为超声探伤仪仪器性能测试提供数据基础。
系统总体原理设计框图如图1所示。
图1数据采集系统总体原理设计框图102Instrument Technique and Sensor Nov.20122．1硬件设计数据采集系统作为脉冲式超声无损检测装置特性检测系统的子系统，其硬件主要包括IPC 机、数据采集卡NI PCI －5124和信号调理（衰减，放大，阻抗匹配）模块。
2．1．1高速数据采集卡NI PCI －5124数据采集板卡PCI5124可接受50Ω或1M Ω电阻输入，200mV 20V 电压输入；具有200MS /s 的实时采样至4.0GS /s 的等效时段采样；标准8 256MB 大容量板载内存；基于PCI 总线的12位分辨率的双同步采样通道；使用新技术实现在2个150MHz 带宽的、带有去噪和抗混叠滤波器的输入信道中同步采样；高达75dBc 的无寄生动态范围SFDR （Spurious-free Dy-namic Range ）；基于NI 同步和存储核心SMC （Synchronization and Memory Core ）架构，具备每通道512MB 板载内存、快速数据传输和紧密的同步功能。
在超声探伤仪仪器性能测试中，触发信号主要是电压信号，采集卡选型满足信号的工作频率范围，对于精确测量与数据处理提供硬件保证。
2．1．2信号调理模块在超声探伤仪性能检测系统设计中，其发射端输出信号的峰值电压范围为25 250V ，为进行超声探伤仪的发射端性能测试，必须对发射端信号衰减至PCI －5124采集卡允许的输入范围［5］。
而超声探伤仪接收端信号幅值较小，为进行有效参数的计算，在采集卡采集之前，必须对相应信号进行放大，便于波形的观察和数据的处理。
为保证仪器的输出特性，使探伤仪输出功率最大，根据通用探伤仪的阻抗特性，设计阻抗匹配模块，保证仪器测试中信号的有效输出。
硬件总体设计方案如图2所示。
图2硬件总体设计方案2．2数据采集系统软件功能设计高速数据采集系统基于NI －SCOPE 和VC ++开发完成，实现对数据的采集、存储、处理，其开发成本低，通讯能力强，易于使用。
2．2．1NI －SCOPE数据采集卡驱动软件主要驱动采集板卡进行硬件数据采集，实现软硬件数据流交互。
数据采集卡的驱动方式分为外挂式驱动和内置式驱动两种。
对于NI 公司的各种数据采集卡，可使用LabVIEW 内的DAQ 库直接对端口进行各种操作，即内置式驱动。
对于PCI －5124采集卡，NI －SCOPE 是用来控制仪器的驱动程序［6］，功能上完成对采集卡的配置，包括采样频率、采样点数等。
将所需接口从程序中直接调用至系统开发环境中，即实现了数据采集、存储以及数据回放等功能，便于与上位处理算法的交互。
首先实现采集卡的安装和测试，然后通过Measurement ＆Automation 管理软件，测试采集卡能否正常工作［7］。
数据采集系统设计选用VC ++环境进行开发。
有2种通用方法来实现VC ++基础上的数据采集［8］：DAQ 控件和动态库函数编程。
系统设计主要选用NI SCOPE 动态库函数进行采集编程。
2．2．2采集系统总体工作流程数据采集过程作为超声探伤仪测试系统的子系统在测试系统设计中是很重要的一环，它将直接影响后续数据的处理与分析，对于测试测量精度与计算误差的估计和评定有直接的关系。
采集系统需要对超声探伤仪发射端的输出电压信号、接收端的输出电压信号适当调理后再进行采集，然后对采集存储的离线数据进行分析得到仪器具体的性能指标。
基于测试系统需求，数据采集系统程序设计由数据采集、数据存储和离线数据处理等模块组成。
其中数据采集包括采集卡配置、采集参数设置和数据波形显示；数据处理模块包括信号时域分析，频率测量，等效阻抗以及报表生成等。
2．2．3数据采集流程分析在安装好PCI －5124数据采集卡及其驱动程序后，计算机将自动设置其I /O 地址和中断号，并分配内存资源，通过底层驱动NI －Scope 及VC ++编程实现软硬件的数据交互。
