一种基于LabVIEW的超声无损检测特征成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测试计量技术与仪器一一超声无损检测领域，涉及一种基于LabVIEW 开发平台的超声无损检测特征成像系统。
【背景技术】
[0002] 无损检测是指以不损及其将来使用和使用可靠性的方式，对材料或制件或此两者 进行宏观缺陷检测，集合特性测量，化学成分、组织结构和力学性能变化的评定，并进而就 材料或制件对特定应用的实用性进行评价。
[0003] 超声波无损检测的图像显示可直接显示物体内部缺陷的形状及位置，可提供直观 和大量的信息，具有可靠性高、复现性高、定量准确的优势。常用的超声图像包括B扫描和 C扫描图像，可分别用于显示与检测声束传播方向平行且与检测对象的测量表面垂直的剖 面、以及与检测声束传播方向垂直的剖面。商用超声检测设备附带的B、C成像功能大多是 基于波形幅度的成像功能，对于超声波传播特性的表达能力具有较大局限性。超声波传播 特性，如：幅度、相位、传播速度、衰减系数与材料结构特征密切相关，将这些特征信息以图 像的形式直观的显示出来对于全面评价材料缺陷及自身结构状态具有重要作用。
[0004] LabVIEW是美国国家仪器公司基于G语言开发的一种虚拟仪器平台。它提供了丰 富的数据采集、分析和存储库函数。采用图形模式的结构框图构建程序代码，具有直观的图 形化开发环境，强大的数据处理功能，丰富的可视化显示功能等特点。基于LabVIEW平台开 发虚拟仪器及分析软件系统具有开发周期短、界面美观、使用灵活、扩展性强、接口众多等 优点，已经广泛的用于高等院校、科研院所的教学科研与技术研发中。
【发明内容】
[0005] 在充分了解国内外超声波无损检测成像检测系统的发展现状基础上，充分利用以 LabVIEW为代表的虚拟仪器技术，提供了一种基于LabVIEW开发平台的超声无损检测特征 成像系统。本发明的超声无损检测特征成像系统采用虚拟仪器的模块化仪器设计思路，利 用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成超声波无损检测任务。
[0006] 本发明采用的技术方案为：一种基于LabVIEW开发平台的超声无损检测特征成像 系统，其特征在于；该系统由负责检测信号采集的硬件部分和负责控制、分析、成像、测量的 软件部分构成；硬件部分由工控机、高速数据采集卡、超声脉冲发射接收仪、运动控制器、扫 描支架、检测探头组成；软件由同步控制模块、运动控制模块、数据采集模块、特征值计算模 块、成像模块、分析模块、存储模块组成；该系统以C型扫描(运动）方式自动采集全波形检 测数据、计算多种超声波传播特征值，并基于特征值进行B、C型成像，达到层析检测缺陷尺 寸、位置及材料不均匀性的目的。该系统记录和存储C型扫描路径上各位置的超声A扫描 信号，并按超声检测原理及检测标准求解超声检测特征值；据特征值着色成像，可直观显示 缺陷形状、尺寸、位置，材料组织结构均匀性等重要的超声无损检测信息；由于采用了全波 形数据记录方式，本系统可达到层析检测材料缺陷及不均匀性的目的。本发明的优点是：该 系统采用模块化构建方式，结构简单、成像功能强大，模块功能清晰、扩展性强、操作简便、 为材料的超声无损检测提供了一种更为强大的软硬件系统。
[0007] 本发明所述硬件部分的部件连接方式为；工控机连接运动控制器，运动控制器连 接扫描支架，扫描支架连接检测探头（即为超声传感器)，检测探头连接超声脉冲发射接收 仪，超声脉冲发射接收仪连接高速数据采集卡，高速数据采集卡连接工控机；采用模块化的 仪器设计思路，各模块相对独立，可方便的对模块进行增减、更换、升级；仪器具有兼容性 好、可扩展性强、便于二次开发及功能升级的优势。
[0008] 本发明所述的软件部分均基于LabVIEW开发平台及其附属软件包研发而成，充分 利用LabVIEW程序执行的数据流驱动特征构建各功能模块的连接组合方式：运动控制模块 与同步控制模块连接、同步控制模块与数据采集模块连接、数据采集模块与特征值计算模 块连接、特征值计算模块与成像模块连接、成像模块与数据/图像分析模块连接、数据/图 像分析模块与存储模块连接。数据流驱动程序执行的过程如下：在运动控制模块中可设置 扫描范围、扫描速度及扫描精度；同步控制模块按运动控制模块中设置的扫描精度控制数 据采集模块同步记录、存储全波形检测信号数据，特征模块依据数据采集模块提供的全波 形检测信号数据计算检测特征值，成像模块按特征值计算模块输出的特征值着色成像形成 B/C扫描图像。
[0009] 本发明所述波形数据采集模块将全波形检测信号数据保存至多个.Excel格式的 表格文件中，具有较好的数据格式兼容性，其中，完整C扫描由多次等间距的纵向扫描路径 构成，单个.Excel文件存储的是单次纵向扫描路径中所有采样点上的A扫描波形数据，整 个检测面的C扫描波形数据保存于多个.Excel文件中。
[0010] 本发明所述的特征值计算模块可依据超声检测理论及相关检测标准快速计算超 声波传播特征值，包括：缺陷反射波的幅度、相位、声波传播速度、衰减系数。
[0011] 本发明所述成像模块按超声波传播特征值着色形成B、C扫描检测图像，颜色模式 可按特征值分布特点及人眼辨识能力进行调整。
[0012] 本发明所述分析模块提供了丰富的信息提取功能，可通过检测图上的标尺线提取 缺陷尺寸、位置、数量；可同时获得检测对象的A/B/C显示并进行对比分析。
[0013] 超声无损检测特征成像系统硬件部分各组件的作用及功能：工控机系统，包括主 机、显示器、鼠标、键盘、系统软件和应用软件LabVIEWS. 5,其作用是完成对检测信号的采 集、存储、显示、处理、分析、运动控制，等；数据采集卡的作用是完成超声检测信号的模/数 转换、缓存、与工控机间的通信；超声脉冲发射接收仪的作用是将电脉冲传输给超声传感器 以激发检测超声波、并接收由超声传感器经压/电转换的超声波检测信号，超声脉冲发射 接收仪还可将触发信号传输给数据采集卡、激励数据采集卡对检测信号进行模数转换；运 动控制器包括单片机、直流电源、步进电机驱动器，其作用是接收工控机指令产生驱动脉冲 控制扫描支架上的步进电机转动；工控机按照发送给运动控制模块的指令同步记录、存储 全波形检测信号；扫描支架由三维步进电机、丝杆、滑台等构成，其作用是搭载超声波传感 器进行C扫描运动。
[0014] 超声无损检测特征成像系统软件部分包括：运动控制器、同步控制模块、波形数据 采集模块、特征值计算模块、成像模块、存储模块。运动控制模块的功能是向单片机发送运 动控制信号驱动步进电机运动。同步控制模块的作用是按脉冲发射接收仪发出的触发信号 及运动控制模块设置的扫描精度同步记录、存储经数据采集卡模/数转换后的全波形超声 检测信号。波形数据采集模块的作用是按上述触发信号采集C扫描路径上的A扫描信号并 将其存入多个.Excel数据文件中。特征值计算模块的功能是根据超声检测原理及检测波 形数据计算特定深度的信号幅度、声速、衰减。成像模块的功能是基于上述超声传播特征值 进行着色成像，颜色与数值的对应规则可依据人眼对颜色的敏感程度以及特征值的变化进 行调整。分析模块的功能是测量缺陷尺寸、位置，并可对缺陷的A、B、C扫描图像进行对比分 析，提高对检测对象的无损检测能力。存储模块支持存储图像及数据结果，便于检测结果的 存档记录。
[0015] 发明目的：针对于目前商用超声检测设备成像功能中特征显示单一、分析功能不 足，设备结构复杂的问题；本发明提供了一种能够以多种超声传播特征参数进行超声B、C 成像及图像分析的基于LabVIEW的超声波无损检测特征成像系统。
[0016] 本发明的优点是：该系统采用模块化构建方式，结构简单、成像功能强大，功能扩 展性强、操作简便、为材料的超声无损检测提供了一种更为强大的软硬件系统。
【附图说明】
[0017] 图1本