基于超聲波檢測設(shè)備軟件系統(tǒng)研究

劉紅妤

(貴州省特種設(shè)備檢驗檢測院，桂陽 550014)

0 引 言

為了保障本文的數(shù)據(jù)能夠得到有效應(yīng)用，本文在超聲波檢測設(shè)備分析中，將以油田系統(tǒng)為基準(zhǔn)進行分析。針對于油田系統(tǒng)而言，在設(shè)備出廠前，需要對焊縫質(zhì)量進行檢測，以保證焊縫連接緊密，提升管道的整體使用壽命。而應(yīng)用超聲波無損檢測技術(shù)，可以對各種管道進行集中檢測。目前，大多數(shù)超聲波檢測設(shè)備均存在對數(shù)據(jù)儲存出現(xiàn)困難、圖形反饋精準(zhǔn)度不高、結(jié)果處理不及時的情況。因此，在本文研究中，本文將對超聲波檢測設(shè)備系統(tǒng)進行有效的設(shè)計，實現(xiàn)對超聲波的快速響應(yīng)以及數(shù)據(jù)的及時儲存，以保證在原有設(shè)備上，能夠完善整體的處理模式，保障定位精準(zhǔn)。

1 超聲波檢測的基本概述分析

在超聲波檢測中，超聲波可以進行必要的檢測工作，以保證超聲波可以實現(xiàn)無損檢測方法。超聲波無損檢測可以在不破壞部件和相關(guān)原材料的前提下，對檢驗的表面以及內(nèi)部質(zhì)量進行全面的分析，以檢測出其內(nèi)部的密度以及問題[1]。超聲波檢測可以根據(jù)相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T3559-2011、JB/T4730.3等建立多樣性的標(biāo)準(zhǔn)，并對焊縫進行集中檢測，對其鋼板以及鑄造件等進行必要的查詢。在超聲波檢測過程中，超聲波具備以下五種特點[2]。

(1)超聲波的波速在檢測時，可以進行聚集，并投射至某一特定方向。并按照相關(guān)介質(zhì)，進行沿線掃描傳播，具備良好的指向性；

(2)超聲波在介質(zhì)傳播過程中，超聲波自身受各種因素影響，有可能會發(fā)生一定的衰減以及散射；

(3)超聲波在相關(guān)的介質(zhì)界面上，其自身將會發(fā)生反射以及波形轉(zhuǎn)換。利用此類特征，可以保障從缺陷界面來回反射，以達(dá)到探測探曲線的目的；

(4)超聲波能量轉(zhuǎn)換較大；

(5)超聲波在固體傳輸中，其相關(guān)損失較小，探測深度較大。因此，對于超聲波的傳播，其在相關(guān)界面上有可能會發(fā)生一定的反射、折射現(xiàn)象。在針對氣體以及相關(guān)的氣孔運動中，可以進行全面掃描。當(dāng)超聲波傳播至缺陷界面時，將會出現(xiàn)全部反射，并就超聲波的相關(guān)聲波完成分析，例如，超聲波的反射波被探頭接收，并完成電路傳播處理，以保障超聲波以及反射波形的有效性，可以根據(jù)波形變化特征，判斷波形深度位置[3]。

2 超聲波基本設(shè)計思路分析

在整個超聲波系統(tǒng)的設(shè)計思路中，根據(jù)不同的應(yīng)用場景，可以確定不同程度的檢測機制。例如，在超聲波檢測中，可以將其整體確定為三大部分。

(1)第1部分根據(jù)超聲波的收發(fā)電路，以保證超聲波系統(tǒng)能夠發(fā)射穩(wěn)定的超聲波信號，并就已接收到的信號，進行全面處理；

(2)第2部分根據(jù)信號處理機制，將硬件系統(tǒng)中的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。并通過關(guān)聯(lián)、串行的通信設(shè)備，將數(shù)據(jù)傳輸至上位機；

(3)第3部分則為軟件處理機制。通過程序的設(shè)計以及相關(guān)編寫，可以保障超聲波形的快速、精準(zhǔn)顯示，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存功能[4]。

3 系統(tǒng)的整體軟件設(shè)計

針對于超聲波檢測系統(tǒng)設(shè)計，我國目前通常應(yīng)用相關(guān)的編程技術(shù)。近年來，Python語言具有明顯的發(fā)展趨勢，該語言具備簡潔易用，且兼容性較廣泛的優(yōu)勢。目前，Python被廣泛應(yīng)用至軟件系統(tǒng)設(shè)計中。作為我國目前實用范圍居于前三位的編程語言中，Python照比Java、C+(C++)等編程語語言，Python其自身具有明顯的發(fā)展空間。因此，在本文的討論中，本文將主要就PyCharm進行語言編寫，并展開相關(guān)討論PyCharm是一種Python IDE，PyCharm在調(diào)試中，其自身帶有調(diào)試以及綜合管理、代碼跳轉(zhuǎn)等功能。同時，更可以保證用戶能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)語言的開發(fā)。在超聲波檢測設(shè)備的軟件系統(tǒng)研究設(shè)計中，甚至可以通過PyCharm連接樹莓派，以保障相關(guān)使用者直接通過電腦，對樹莓派進行編程，完成PyCharm程序調(diào)試[5]。

3.1 系統(tǒng)準(zhǔn)備

在超聲波虛擬系統(tǒng)的運行過程中，需要建立有效的虛擬環(huán)境，以保證在檢測時，超聲波檢測技術(shù)可以保證整個系統(tǒng)的有效性。例如，在進行虛擬平臺建立中，可以基于“Numpy”、“Scipy”、Pandas”、“matplotlib”、“pyqtgraph”五種數(shù)據(jù)庫為基準(zhǔn)，并完成虛擬環(huán)境的搭建。需要注意是，在虛擬環(huán)境搭建中，其內(nèi)部進行的任何操作都要以Python的安裝環(huán)境為基準(zhǔn)，以保障對虛擬環(huán)境的工程起到明顯的應(yīng)用效果。

3.2 軟件方案的設(shè)計流程

在軟件設(shè)計中，需要確定相關(guān)的流程思路，并在系統(tǒng)完成啟動后，進行初始化處理。在軟件設(shè)計中，進行端口檢測，以便分析其是否具有可用端口。在整體的設(shè)計中，以保證自動分析端口是否能夠進行連接。在連接后，可以根據(jù)可用端口，自動收集數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)的分析處理。在顯示界面，可以實現(xiàn)交互，并完成數(shù)據(jù)的集中儲存。若相關(guān)端口接收不到數(shù)據(jù)，則在循環(huán)之后，將自動退出[6]。在相關(guān)軟件流程圖中，可以確定在系統(tǒng)化以及可用端口處理?？梢栽谙到y(tǒng)分析檢測自動運行狀況，以便進行數(shù)據(jù)處理。并通過界面，顯示完成數(shù)據(jù)的模式的分析。

在設(shè)計流程中，超聲波探傷可以利用材料以及其母材性能差異，對待檢測材料進行反射。并根據(jù)整體的能量變化，通過超聲波檢測材料內(nèi)部的缺陷進行分析，通過脈沖反射法的縱波探測以及橫波探測，完成有效應(yīng)用。通過反射，保證超聲波顯示有效，并以整體代表聲波傳輸，對木材進行全面分析。超聲波的脈沖傳播實踐與生成成正比關(guān)系，完成缺陷定位，已通過恢復(fù)速度來判斷缺陷的能量大小[7]。

在探測過程中，需要就探測前，進行相關(guān)準(zhǔn)備。例如，可通過以下四點進行分析。

(1)對被檢測的相關(guān)構(gòu)件進行有效的熟悉，如根據(jù)名稱、材質(zhì)等方法完成溝通；

(2)選擇必要的儀器及探頭，通過探頭比例、探測方式等，完成有效評定；

(3)根據(jù)儀器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對儀器的水平線以及垂直線進行測定。探討的標(biāo)準(zhǔn)，進行靈敏度以及分辨率的修正，并就調(diào)整模式，給予相關(guān)的比例調(diào)節(jié)整體的水平距離；

(4)靈敏度調(diào)整，針對超聲波的特性進行靈敏度檢驗。

3.3 具體的系統(tǒng)功能

在具體的系統(tǒng)功能中，通過Pyserial，可以完成有效的串口。實現(xiàn)中心通信模塊的制定。Pyserial具備極佳的應(yīng)用特性，可以支持各大主流系統(tǒng)。例如，“Linux”、“Windows”、“BSD”、“POSIX”、“Jython”、“IconPytjon”、“Pyserial”等系統(tǒng)以及各串口。并在各串口中，應(yīng)用Pyqtgraph，可以全面保障系統(tǒng)的界面以及坐標(biāo)軸。并通過庫數(shù)據(jù)，形成格式化界面，以完成相互融合。以保障在多數(shù)情況下，其支持鼠標(biāo)滾輪，并根據(jù)左右鍵操作，完成相關(guān)的圖形處理[8]。例如，在超聲波檢測設(shè)備中，可以通過拖移、平移等方法，結(jié)合Pyserial運作流程，制定相關(guān)顯示界面。具體操作情況，可以用Tkinter與Pyserial進行結(jié)合。針對于Tkinter而言，在集中Python窗口化設(shè)計模塊中，可以作為特定的具有GUI設(shè)置窗口界面，并基于TKinter實現(xiàn)直觀的安裝，具有以下優(yōu)勢。

(1)Tkinter是Python自帶的，無需進行額外的二次安裝，其具有隨時使用的特性；

(2)Tkinter的具體實用模式非常便捷，具備非常簡潔的使用特征。作為Pyserial系統(tǒng)，其自身的開發(fā)工具具有基本、清晰、簡潔、明了的特征。

3.4 系統(tǒng)性能的測試

在調(diào)試過程中，可以選擇相關(guān)的虛擬串口軟件，并將其整體與軟件系統(tǒng)進行全面調(diào)試。再使用虛擬窗口，對軟件上位機增加相關(guān)的虛擬端口，可以將其設(shè)定為兩個端口。第1個端口發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)；第2個端口則接受相關(guān)數(shù)據(jù)。且在實驗中，其相關(guān)的轉(zhuǎn)換芯片頻率為65 MHz。因此，AD轉(zhuǎn)換芯片可以根據(jù)數(shù)據(jù)的發(fā)射間隔進行設(shè)定。就一般而言，數(shù)據(jù)發(fā)射間隔的時間可以保持在1/65 M秒。在運行程序中，就整體的發(fā)射接口，延伸至接收端口。就相關(guān)的運行模式而言，二者可以表示接口連接成功。并就相關(guān)的技術(shù)，完成有效的發(fā)送，促使相關(guān)數(shù)據(jù)可以針對某項載體進行研究。例如，系統(tǒng)性的測試，可以對后續(xù)進行全面檢測。得到有效的回波數(shù)據(jù)，在探頭中，其頻率設(shè)置為5 MHz，可以清晰的觀測到鋼板的底面，并實現(xiàn)相關(guān)波度的有效分析[9]。

在檢測流程中，針對母材進行材料檢驗。利用超聲波檢測設(shè)備的軟件系統(tǒng)，以每隔90度進行有效觀測，以形成參考資料。對于焊接接頭的檢驗，可以分析其相關(guān)的評定線靈敏度，以保證探頭的掃描速度不超過150 mm/s，并根據(jù)檢測結(jié)果進行及時的評級，出具檢測報告。

此外，除常規(guī)的測試外，還需注意儀器的耗能。例如，針對于超聲波探頭。超聲波探頭可以吸收較大阻尼，保護固定內(nèi)部元件。因此，需要考慮超聲波探頭的耗能現(xiàn)象。為了避免出現(xiàn)大規(guī)模耗能，在測試過程中可以使用標(biāo)準(zhǔn)試塊以及對比試塊，調(diào)整探測靈敏度，評價缺陷大小以及對于工件的相互影響。在使用中，還可加入耦合劑，消除探頭與工件表面的空氣，使超聲波能夠有效傳入工件，以便于檢測，減小探頭與工件表面的摩擦，延長探頭的使用壽命。

4 結(jié)束語

綜上所述，在針對綜合檢測技術(shù)過程中，本文采用了反射式檢測法，全面研究了Python的編程語言，并根據(jù)Python中的Pyserial程序編寫語言。在Python為基準(zhǔn)，進行超聲波無損檢測系統(tǒng)的設(shè)置。針對于焊縫以及相關(guān)管道，可以設(shè)置系統(tǒng)的軟件部分，并完成程序的設(shè)計編。寫通過多樣性的方式，研發(fā)了自動連接串口以及需求接收，并保證相關(guān)的措施。在超聲波波形的分析檢測中，可以更有效的顯示超聲波檢測技術(shù)的精準(zhǔn)性。并有效的完成數(shù)據(jù)處理功能，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行儲存。通過二者的融合，以便為客戶完成基準(zhǔn)設(shè)備的檢測，為相關(guān)領(lǐng)域的超聲波無損檢測系統(tǒng)的研究提供有效基礎(chǔ)。