基于虚拟仪器技术的超声波探伤

　　目前常用的无损检测方法有 5 种:射线探伤;磁粉探伤;渗透探伤;涡流探伤;超声波探伤。其中超声波探伤是应用最广的一种。由于应用对象的差异性，目前国内钢铁企业所使用的超声波探伤仪器基本上都是硬件型、手提式的仪器，待产品冷却成型后，再由人工进行探伤，生产效率低，浪费人力物力及能源等，不适合大规模的流水线生产探伤。由于国内硬件制造水平低，导致探伤仪器价格非常高，所以开发高智能化、低成本的超声探伤仪器对于我国超声探伤领域显得非常现实与迫切。

　　1 无损检测的物理基础

　　超声波是一种机械波，由物体机械振动产生，具有波长、频率和传播速度等物理量。机械振动与波动是UNDT(ultrasonic non-destructive testing)的物理基础。充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质称为超声场，描述超声场的物理量即特征值主要有声压、声强和声阻抗。

　　1.1声压P

　　超声场中某一点在某一瞬时所具有的压强与没有超声波存在时同一点的静态压强之差称为该点的声压P，单位为 Pa，表达式为：

　　式中 r 为介质密度，c 为介质中的声速，ξ 为介质质点振动位移的振幅，v 为介质质点振动的速度，ω 为振动的角频率。

　　从中可以知道声压的振幅P，与声速 c 和振动频率 ω成正比。因此，在超声波探伤中采用较高频率以得到较声压即较强回波信号。

　　1.2 声阻抗 z

　　介质中某一点的声压 P 与该质点振动速度 v 之比称为声阻抗，常用 z 表示:

　　在相同的声压下，声阻抗越大，质点的振动速度就越小，声阻抗表示超声场中介质对质点振动的阻碍作用。在同一固体介质中，由于纵波、横波、表面波的波速不同，它们的声阻抗也不同。

　　1.3 声强 I

　　单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强I：I=ESt，E为能量，S为面积，t为时间。

　　声强的具体计算公式为:

　　从公式可以看出，超声场中，声强与声压平方成正比，与频率平方成正比，由于超声波的频率很高，故超声波的声强很大，这是超声波能用于探伤的重要依据。

　　2超声波探伤的硬件设计

　　2.1超声波检测系统原理

　　如图1所示，同步电路产生的同步脉冲分成两路：一路经触发电路控制发射电路发出电脉冲;另一路送至计算机系统，控制数据采集卡同步采集数据。使整个系统同步、稳定地工作。

　　由发射电路发出的高压脉冲，激励超声换能器(探头晶片)，使之发出超声波，该超声波在介质中传播时遇到伤痕或底面被反射回来，由于换能器(探头晶片)的可逆效应，反射回来的超声波又转换成电脉冲送至信号采集及放大电路模块，经限幅、放大、检波整形后，输出至计算机系统。