數(shù)字式超聲波探傷儀簡(jiǎn)介

時(shí)間：2009/5/18閱讀：2772

數(shù)字式超聲波探傷儀簡(jiǎn)介

一.概述

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，超聲波探傷儀的技術(shù)性能不斷提高，功能不斷增加，自動(dòng)化程度越來越高，技術(shù)先進(jìn)的數(shù)字化智能化的儀器不斷涌現(xiàn)。這種儀器以高精度的運(yùn)算、控制和邏輯判斷功能來替代大量人的體力和腦力勞動(dòng)，減少了人為因素造成的誤差，提高了檢測(cè)的可靠性，較好地解決了記錄存檔問題，具有良好的發(fā)展前景。

70年代微型計(jì)算機(jī)問世和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)技術(shù)開始進(jìn)入超聲波探傷領(lǐng)域，但那時(shí)只是利用傳統(tǒng)探傷儀通過某種接口與微型計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)完成某種特定工件的自動(dòng)探傷或?qū)Σㄐ芜M(jìn)行一些信號(hào)處理。到了80年代，人們開始研究超聲回波信號(hào)的數(shù)字化及有關(guān)數(shù)據(jù)處理。后來在傳統(tǒng)模擬儀器的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字儀器的特點(diǎn)，增加了對(duì)超聲波探傷來說極為重要的波形記錄、存儲(chǔ)和分析等功能，可對(duì)動(dòng)態(tài)波形進(jìn)行全程記錄，并通過具有手動(dòng)B掃描功能示意性地顯示工作斷面圖像。關(guān)于人機(jī)，主要有菜單式和功能鍵方式。菜單式不受儀器按鍵限制，對(duì)話功能較強(qiáng)，但操作較繁瑣，不易為探傷人員接受。關(guān)于波形顯示方式有全數(shù)字式和數(shù)字模擬混合方式。前者顯示數(shù)字波形，通常可供標(biāo)準(zhǔn)視頻輸出，便于記錄動(dòng)態(tài)波形。后者通過示波管顯示模擬波形，可進(jìn)行數(shù)字調(diào)節(jié)與處理，兼有模擬與數(shù)字儀器的特點(diǎn)，但不能利用錄像設(shè)備記錄動(dòng)態(tài)波形。進(jìn)入90年代，研制出便攜式全數(shù)字儀器，兼有上述各類型儀器的功能，在技術(shù)水平上逐步接近先進(jìn)水平，并開發(fā)出不少具有自己特色的功能和應(yīng)用軟件。如功能鍵操作屏幕中文提示，圓柱面工件探傷曲面自動(dòng)校正，顯示焊縫探傷剖面示意圖，大容量波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，B掃描、C掃描和偽3D顯示圖像等。其中有的已投入批量生產(chǎn)，并在實(shí)踐中得到應(yīng)用。

1983年德國(guó)KK公司推出了世界上*臺(tái)便攜式數(shù)字化超聲波探傷儀USDI型，采用了Z80作CPU，雖然其整機(jī)重量較重（約10Kg），體積較大，功能也一般，但其自動(dòng)可設(shè)置的DAC曲線，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和打印功能已顯示出數(shù)字化超聲波探傷儀強(qiáng)大的生命力。

1986年后，世界上各工業(yè)國(guó)家的數(shù)字化超聲波探傷儀得到了迅速發(fā)展，我國(guó)自1989-90年中科院武漢物理所研制成功的國(guó)內(nèi)*臺(tái)數(shù)字化超聲波探傷儀KS1010型，自后數(shù)字化超聲波探傷儀的發(fā)展也較快，經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展，目前新一代的產(chǎn)品向小型化和多功能方向進(jìn)一步發(fā)展。

二.數(shù)字智能探傷儀的特點(diǎn)

數(shù)字化超聲波探傷儀式在常規(guī)模擬式超聲波探傷儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它保留了原模擬式超聲波探傷儀的基本性能；利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能，對(duì)接收到的回波波形先完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，再執(zhí)行數(shù)字化處理，實(shí)時(shí)顯示器數(shù)字化的回波波形，同時(shí)具有記錄、存儲(chǔ)、計(jì)算分析能力，還可與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊及打印輸出。總體來說數(shù)字化超聲波探傷儀具以下特點(diǎn)：

（1）操作方式

模擬式超聲探傷儀采用旋鈕操作，一個(gè)旋鈕對(duì)應(yīng)一個(gè)功能。如衰減鈕調(diào)節(jié)靈敏度、深度范圍鈕調(diào)節(jié)探測(cè)范圍、工作方式選擇鈕選擇探測(cè)方式等。數(shù)字化超聲波探傷儀則采用鍵盤來實(shí)現(xiàn)，以人機(jī)對(duì)話的方式完成對(duì)儀器的操作。人機(jī)對(duì)話通常有菜單方式和功能鍵式兩種，菜單式按鍵少，人機(jī)對(duì)話功能強(qiáng)，但操作繁瑣；功能鍵式直接與探傷人員的原習(xí)慣較吻合，因此，目前一般均采用功能鍵方式。這樣既能充分發(fā)揮儀器功能又方便操作，只是按鍵多一些。

（2）波形顯示方式

數(shù)字化超聲波探傷儀顯示的是數(shù)字化后的波形，有采用顯像管顯示器（CRT）來顯示波形的，此法重將數(shù)字化波形還原成模擬波形；還有采用平板顯示器，發(fā)展到已經(jīng)采用EL顯示器件，和高亮度場(chǎng)致發(fā)光顯示器。

（3）檢測(cè)速度快：數(shù)字智能化探傷儀一般都可自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算、記錄，有些儀器還能自動(dòng)進(jìn)行深度補(bǔ)償和自動(dòng)設(shè)置檢測(cè)靈敏度，因此檢測(cè)速度快，效率高。

（4）檢測(cè)精度高：數(shù)字智能化儀器能對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集、量化、計(jì)算和判別，其檢測(cè)精度可高于傳統(tǒng)儀器檢測(cè)結(jié)果。

（5）可靠性高、穩(wěn)定性好：數(shù)字智能化儀器可全面客觀地采集存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理或后處理，對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域或圖像分析，還可通過模式識(shí)別對(duì)工件質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)，減少了人為因素的影響，提高了檢測(cè)的可靠性和穩(wěn)定性。

（6）記錄與存檔：數(shù)字智能化儀器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可存儲(chǔ)和記錄檢測(cè)原始信號(hào)和檢測(cè)結(jié)果，對(duì)工件質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)綜合評(píng)價(jià)。對(duì)在役設(shè)備定期檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析處理，為材料評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

（7）可編程性：數(shù)字智能化儀器的性能和功能的實(shí)現(xiàn)很大程度上取決于軟件系統(tǒng)的支持。因此可方便地通過變更或擴(kuò)充軟件程序來改變或增加儀器的功能。

三.數(shù)字化超聲探傷儀的組成

先來回顧模擬A型脈沖式超聲波探傷儀的基本組成（如圖1），主要有（1）同步電路；（2）掃描電路；（3）發(fā)射電路；（4）接收電路；（5）顯示部件；（6）電源組成。每部分功能在各級(jí)超聲培訓(xùn)班上已講述過，這里不作詳解。

數(shù)字化超聲波探傷儀是計(jì)算機(jī)技術(shù)和超聲波探傷儀技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它承襲了常規(guī)超聲波探傷儀的基本工作方式，即A型顯示的脈沖反射式超聲波探傷儀；具有常規(guī)超聲波探傷儀的基本功能，利用微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)探傷過程中的缺陷定位、定量和輔助定性；實(shí)現(xiàn)探傷回波和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及回放，使超聲探傷的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果可記錄；有效地減少了超聲探傷的人為誤差，提高了超聲探傷結(jié)果的可靠性。
數(shù)字化超聲波探傷儀的基本組成（如圖2）主要有：（1）CPU；（2）程序存儲(chǔ)器；（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（4）人機(jī)對(duì)話（鍵盤）；（5）發(fā)射電路；（6）接收電路；（7）數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（A/D）；（8）顯示器件；（9）接口電路；（10）電源。

圖（1）

組成中保留了常規(guī)模擬超聲波探傷儀的發(fā)射電路、接收電路、顯示器件和電源。在模擬儀器中由同步電路和掃描電路協(xié)同整個(gè)儀器工作及執(zhí)行操作，在數(shù)字化儀器中由CPU及程序存儲(chǔ)器中的程序來管理和控制儀器的工作，A/D變換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、人機(jī)對(duì)話和接口電路是數(shù)字化儀器*的組成部分。
1.CPU即中央處理器（Central Processing Unit），其任務(wù)是執(zhí)行存放在程序存儲(chǔ)器的指令序列。
2.程序存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的程序記憶部件，編寫的程序（指令序列組成）就存放在這里，其信息的基本單位是二進(jìn)制數(shù)0和1。
3.A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的部件，使模擬信號(hào)量化，變換后信號(hào)有失真，失真程度由A/D電路的采樣率和分辨率決定。
4.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是數(shù)據(jù)記憶部件，儀器狀態(tài)設(shè)置數(shù)據(jù)，頻道參數(shù)，記錄的文件內(nèi)容都保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)。
5.接口電路用于實(shí)現(xiàn)儀器與打印機(jī)，I/O口和計(jì)算機(jī)等外設(shè)的連接。

圖（2）

6.人機(jī)對(duì)話即操作者通過鍵盤輸入指令給CPU，再由CPU根據(jù)輸入的指令來操控儀器使之按要求工作。

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