基于CVI的轴承虚拟超声探伤系统设计

　　超声波检测作为无损检测技术的重要手段之一, 提供了评价固体材料的微观组织及相关力学性能、检测其微观和宏观不连续性的有效通用方法,并广泛应用于化工、冶金、交通、航天航空、水下、医疗领域。虚拟 仪器(virtual instrumentation)是以计算机为核心、以仪器系统与计算机软件技术的紧密结合为出发点而设计的现代化仪器, 它利用计算机系统的强大计算和处理功能,结合相应的硬件,突破传统仪器在数据处理、显示、传送等方面的限制,使用户可以方便地对其进行维护、扩展和升级 等.本文将所设计的系统应用到火车的轴承检测中进行验证.

　　1超声波探伤的原理

　　超声波是一种振动频率高于声波的机械波, 由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的。它具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透 本领很大,尤其是在不透明的固体中,可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波探伤的方 法很多,按其原理分类可分为脉冲反射法、穿透法和共振法,本系统采用脉冲反射法

　　1.1 超声波的发射和接收

　　超声波发射/接收系统是利用声电、电声换能器将其它形式的能量转换成超声波能量或将超声能量转换成其它形式的能量.这种换能器就是探头.有了探头,再配上电信号的产生和接收等装置,就构成了整个超声波的发射和接收系统.

　　1.2 脉冲反射法原理

　　本系统基于脉冲反射式超声波探伤原理设计. 目前脉冲反射式超声波探伤大部分是 A 扫描方式,即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离, 纵坐标是超声波反射波的幅值.如果在某个金属工件中存在一个缺陷的话,就造成了缺陷与金属材料之间形成了一个不同介质之间的交界面,交界面之间的声阻抗是 不同的,当发射的超声波遇到这个界面之后,就会发生反射,反射回来的能量又被探头接收到,在显示屏幕中横坐标的一定位置处就会显示出来一个反射波的波形, 横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度,.这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同,反映了缺陷的性质.通过调节探伤灵敏度,可对此缺陷进行定 性和定量分析.

　　当试件没有缺陷时,超声波可顺利传播到达底面,探伤图形中只有表面发射脉冲 T 及底面回波 B 两个信号,如图 1(a)所示;若试件中存在缺陷,在探伤图形中,底面回波前有表示缺陷的回波 F,如图1(b)所示。

　　2虚拟超声探伤系统硬件设计