談超聲波檢測(cè)設(shè)備軟件系統(tǒng)
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摘要：超聲波無(wú)損檢測(cè)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、軍事、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域，隨著電路數(shù)字化的發(fā)展，其精確度與可靠程度也有了很大的提高。本文依據(jù)超聲波檢測(cè)原理，以Python語(yǔ)言為基礎(chǔ)，對(duì)超聲波無(wú)損檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)回波信號(hào)的快速響應(yīng)、數(shù)據(jù)的即時(shí)存儲(chǔ)等功能。
關(guān)鍵詞：超聲波；無(wú)損檢測(cè)；Pyhon
1引言
井控管匯是油田系統(tǒng)的重要組成部分，而焊縫的可靠性直接影響著管匯的整體使用壽命。所以在設(shè)備出廠前，都要對(duì)焊縫的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，超聲波無(wú)損檢測(cè)，是最適合大型管匯的檢測(cè)方法。但目前使用中的大多數(shù)超聲波檢測(cè)設(shè)備，存在著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)困難、圖形反饋不及時(shí)、顯示精度不夠等缺陷。本文進(jìn)行了超聲波檢測(cè)設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)回波信號(hào)的快速響應(yīng)，數(shù)據(jù)的即時(shí)存儲(chǔ)。相對(duì)于原有設(shè)備，完善后設(shè)備的反饋延時(shí)更短，定位更準(zhǔn)確。
2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路
系統(tǒng)包括三個(gè)部分。第一部分為超聲波的收發(fā)電路，保證系統(tǒng)具有穩(wěn)定的發(fā)射信號(hào)并對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大處理。第二部分是信號(hào)處理部分，將硬件系統(tǒng)中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)串行通信設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)[1]。第三部分為軟件數(shù)據(jù)處理部分，通過(guò)程序設(shè)計(jì)與編寫，實(shí)現(xiàn)超聲波波形的快速精確顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能[2]。
3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
近年來(lái)，Python語(yǔ)言的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，其以簡(jiǎn)潔、兼容性等優(yōu)勢(shì)被大家推崇備至，已經(jīng)居于前三大編程語(yǔ)言并有著廣泛的發(fā)展空間。本文使用PyCharm進(jìn)行語(yǔ)言編寫。PyCharm是一種PythonIDE，帶有調(diào)試、Project管理、代碼跳轉(zhuǎn)、只能提示等多種幫助用戶高效Python語(yǔ)言開發(fā)的工具。后期還可以通過(guò)PyCharm遠(yuǎn)程連接樹莓派，直接在電腦上對(duì)樹莓派進(jìn)行語(yǔ)言編寫和調(diào)試。
3.1系統(tǒng)準(zhǔn)備
建立虛擬環(huán)境，并安裝Numpy、Scipy、Pandas、matplotlib、pyqtgraph等庫(kù)。虛擬環(huán)境的好處是在虛擬環(huán)境內(nèi)進(jìn)行的任何操作都不會(huì)影響到Python的安裝環(huán)境，只對(duì)應(yīng)用虛擬環(huán)境的工程起作用[3]。
3.2軟件方案流程
軟件設(shè)計(jì)的流程思路為：系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行初始化；之后進(jìn)行端口檢測(cè)，查看有無(wú)可用端口，查到可用端口后，自動(dòng)檢測(cè)端口并進(jìn)行連接；連接成功后開始收集端口接收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；之后在顯示界面實(shí)現(xiàn)交互顯示并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如果接收不到數(shù)據(jù)，循環(huán)10次后退出。
3.3具體功能實(shí)現(xiàn)
Pyserial封裝了串口通訊模塊，支持Linux、Windows、BSD(可能支持所有支持POSIX的)，支持Jython(Java)和IconPython(.NETandMono).pyserial模塊對(duì)串口的訪問(wèn)。應(yīng)用Pyqtgraph庫(kù)來(lái)生成顯示界面與坐標(biāo)軸。Pyqtgraph庫(kù)的數(shù)據(jù)可視化界面還支持交互縮放，大多數(shù)情況下2D界面支持鼠標(biāo)滾輪縮放以及左右鍵的操作，如拖動(dòng)、平移等[4]。運(yùn)用Tkinter與Pyqtgraph相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行顯示界面的制定。Tkinter是Python進(jìn)行窗口視窗設(shè)計(jì)的模塊。作為Python特定的GUI界面，Tkinter可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)直觀的多功能窗口界面。Tkinter庫(kù)主要的優(yōu)點(diǎn)：一是Tkinter是Python自帶的庫(kù)，無(wú)需額外安裝，隨時(shí)使用；二是它的使用非常簡(jiǎn)單，作為一個(gè)Python開發(fā)中的界面工具，簡(jiǎn)潔明了。
3.4系統(tǒng)性能測(cè)試
調(diào)試中，選用虛擬串口軟件對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。使用虛擬串口軟件對(duì)上位機(jī)增加兩個(gè)虛擬串口，一個(gè)作為發(fā)送數(shù)據(jù)端口，另一個(gè)作為接收數(shù)據(jù)端口。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的AD轉(zhuǎn)換芯片的頻率為65MHz，所以數(shù)據(jù)發(fā)送的間隔設(shè)置為1/65M秒約為15ns[5]。運(yùn)行程序，發(fā)送端口接收到接收端口發(fā)來(lái)的連接成功提示，表示串口連接成功，開始向接收端口發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)自對(duì)一塊30mm厚鋼板檢測(cè)得到的回波數(shù)據(jù)，探頭的中心頻率為5MHz[6]。從界面顯示可以清晰看到底面回波波形，如圖3所示。
4結(jié)語(yǔ)
本文以超聲波檢測(cè)理論為基礎(chǔ)，確定本文設(shè)計(jì)采用反射式檢測(cè)法，研究了一種基于Python的超聲波無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件部分，通過(guò)程序設(shè)計(jì)與編寫，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)連接串口并接收數(shù)據(jù)，以及超聲波波形的快速精確顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，為后續(xù)對(duì)超聲波檢測(cè)設(shè)備的研究提供了基礎(chǔ)與參考。
參考文獻(xiàn)
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作者：高超 蘇建華 趙亞麗 單位：承德石油高等?？茖W(xué)校工業(yè)技術(shù)中心