談超聲波檢測設(shè)備軟件系統(tǒng)
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摘要：超聲波無損檢測被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、軍事、航空航天等各個領(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)超聲波檢測原理，以Python語言為基礎(chǔ)，對超聲波無損檢測設(shè)備進行設(shè)計，實現(xiàn)對回波信號的快速響應(yīng)、數(shù)據(jù)的即時存儲等功能。
關(guān)鍵詞：超聲波；無損檢測；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，都要對焊縫的質(zhì)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(shù)超聲波檢測設(shè)備，存在著數(shù)據(jù)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(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)對回波信號的快速響應(yīng)，數(shù)據(jù)的即時存儲。相對于原有設(shè)備，完善后設(shè)備的反饋延時更短，定位更準確。
2系統(tǒng)整體設(shè)計思路
系統(tǒng)包括三個部分。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(tǒng)中的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過串行通信設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸給上位機[1]。第三部分為軟件數(shù)據(jù)處理部分，通過程序設(shè)計與編寫，實現(xiàn)超聲波波形的快速精確顯示、數(shù)據(jù)存儲等功能[2]。
3系統(tǒng)的軟件設(shè)計
近年來，Python語言的發(fā)展勢頭強勁，其以簡潔、兼容性等優(yōu)勢被大家推崇備至，已經(jīng)居于前三大編程語言并有著廣泛的發(fā)展空間。本文使用PyCharm進行語言編寫。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語言開發(fā)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(diào)試。
3.1系統(tǒng)準備
建立虛擬環(huán)境，并安裝Numpy、Scipy、Pandas、matplotlib、pyqtgraph等庫。虛擬環(huán)境的好處是在虛擬環(huán)境內(nèi)進行的任何操作都不會影響到Python的安裝環(huán)境，只對應(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)計的流程思路為：系統(tǒng)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(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理；之后在顯示界面實現(xiàn)交互顯示并進行數(shù)據(jù)存儲，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模塊對串口的訪問。應(yīng)用Pyqtgraph庫來生成顯示界面與坐標軸。Pyqtgraph庫的數(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(jié)合的方法來進行顯示界面的制定。Tkinter是Python進行窗口視窗設(shè)計的模塊。作為Python特定的GUI界面，Tkinter可以實現(xiàn)一個直觀的多功能窗口界面。Tkinter庫主要的優(yōu)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(fā)中的界面工具，簡潔明了。
3.4系統(tǒng)性能測試
調(diào)試中，選用虛擬串口軟件對軟件系統(tǒng)進行調(diào)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(fā)送數(shù)據(jù)端口，另一個作為接收數(shù)據(jù)端口。因為實驗中的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]。運行程序，發(fā)送端口接收到接收端口發(fā)來的連接成功提示，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)來自對一塊30mm厚鋼板檢測得到的回波數(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
本文以超聲波檢測理論為基礎(chǔ)，確定本文設(shè)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(tǒng)。設(shè)計了系統(tǒng)的軟件部分，通過程序設(shè)計與編寫，實現(xiàn)了自動檢測連接串口并接收數(shù)據(jù)，以及超聲波波形的快速精確顯示、數(shù)據(jù)存儲等功能，為后續(xù)對超聲波檢測設(shè)備的研究提供了基礎(chǔ)與參考。
參考文獻
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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