談超聲波檢測設備軟件系統

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摘要：超聲波無損檢測被廣泛應用在工業、軍事、航空航天等各個領域，隨著電路數字化的發展，其精確度與可靠程度也有了很大的提高。本文依據超聲波檢測原理，以Python語言為基礎，對超聲波無損檢測設備進行設計，實現對回波信號的快速響應、數據的即時存儲等功能。

關鍵詞：超聲波；無損檢測；Pyhon

1引言

井控管匯是油田系統的重要組成部分，而焊縫的可靠性直接影響著管匯的整體使用壽命。所以在設備出廠前，都要對焊縫的質量進行檢測，超聲波無損檢測，是最適合大型管匯的檢測方法。但目前使用中的大多數超聲波檢測設備，存在著數據存儲困難、圖形反饋不及時、顯示精度不夠等缺陷。本文進行了超聲波檢測設備系統的設計，實現對回波信號的快速響應，數據的即時存儲。相對于原有設備，完善后設備的反饋延時更短，定位更準確。

2系統整體設計思路

系統包括三個部分。第一部分為超聲波的收發電路，保證系統具有穩定的發射信號并對接收到的信號進行放大處理。第二部分是信號處理部分，將硬件系統中的模擬信號轉換成數字信號，通過串行通信設備將數據傳輸給上位機[1]。第三部分為軟件數據處理部分，通過程序設計與編寫，實現超聲波波形的快速精確顯示、數據存儲等功能[2]。

3系統的軟件設計

近年來，Python語言的發展勢頭強勁，其以簡潔、兼容性等優勢被大家推崇備至，已經居于前三大編程語言并有著廣泛的發展空間。本文使用PyCharm進行語言編寫。PyCharm是一種PythonIDE，帶有調試、Project管理、代碼跳轉、只能提示等多種幫助用戶高效Python語言開發的工具。后期還可以通過PyCharm遠程連接樹莓派，直接在電腦上對樹莓派進行語言編寫和調試。

3.1系統準備

建立虛擬環境，并安裝Numpy、Scipy、Pandas、matplotlib、pyqtgraph等庫。虛擬環境的好處是在虛擬環境內進行的任何操作都不會影響到Python的安裝環境，只對應用虛擬環境的工程起作用[3]。

3.2軟件方案流程

軟件設計的流程思路為：系統啟動后進行初始化；之后進行端口檢測，查看有無可用端口，查到可用端口后，自動檢測端口并進行連接；連接成功后開始收集端口接收到的數據并進行數據處理；之后在顯示界面實現交互顯示并進行數據存儲，如果接收不到數據，循環10次后退出。

3.3具體功能實現

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模塊對串口的訪問。應用Pyqtgraph庫來生成顯示界面與坐標軸。Pyqtgraph庫的數據可視化界面還支持交互縮放，大多數情況下2D界面支持鼠標滾輪縮放以及左右鍵的操作，如拖動、平移等[4]。運用Tkinter與Pyqtgraph相結合的方法來進行顯示界面的制定。Tkinter是Python進行窗口視窗設計的模塊。作為Python特定的GUI界面，Tkinter可以實現一個直觀的多功能窗口界面。Tkinter庫主要的優點：一是Tkinter是Python自帶的庫，無需額外安裝，隨時使用；二是它的使用非常簡單，作為一個Python開發中的界面工具，簡潔明了。

3.4系統性能測試

調試中，選用虛擬串口軟件對軟件系統進行調試。使用虛擬串口軟件對上位機增加兩個虛擬串口，一個作為發送數據端口，另一個作為接收數據端口。因為實驗中的AD轉換芯片的頻率為65MHz，所以數據發送的間隔設置為1/65M秒約為15ns[5]。運行程序，發送端口接收到接收端口發來的連接成功提示，表示串口連接成功，開始向接收端口發送數據。數據來自對一塊30mm厚鋼板檢測得到的回波數據，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結語

本文以超聲波檢測理論為基礎，確定本文設計采用反射式檢測法，研究了一種基于Python的超聲波無損檢測系統。設計了系統的軟件部分，通過程序設計與編寫，實現了自動檢測連接串口并接收數據，以及超聲波波形的快速精確顯示、數據存儲等功能，為后續對超聲波檢測設備的研究提供了基礎與參考。

參考文獻

[1]張大山.基于雙探頭檢測系統的超聲波無損探傷設計[碩士學位論文].內蒙古大學,內蒙古,2016

[2]唐權龍.油氣管管匯角焊縫檢測評價的研究[碩士學位論文].西安石油大學,西安,2014

[3]王偉.井控管匯超聲波檢測技術及安全評價研究[碩士學位論文].中國石油大學,青島,2014

[4]張永虎.高壓管匯沖蝕缺陷的超聲波檢測[碩士學位論文].西安石油大學,西安,2015

[5]劉疆輝.油井高壓管匯的焊接.金屬加工（熱加工),2016(14):48-51

[6]劉曉楠.焊縫缺陷的超聲檢測與定位系統研究[碩士學位論文].哈爾濱工業大學,哈爾濱,2015

作者：高超 蘇建華 趙亞麗 單位：承德石油高等專科學校工業技術中心