一、課題綜述及研究意義 在工程技術界，人們普遍認為：沒有缺陷的材料是不存在的；不產生缺陷的加工方法是沒有的，所有的零部件都是經過多種加工工序鍛造的。因此，自二十世紀以來，檢測技術越來越為人們所重視。 在現代工業中，各種金屬材料的結構廣泛的應用于軸類、管道、機械、核設備以及各種飛行器中。這些金屬構件長時間的運行會出現疲勞腐蝕，產生裂紋以致使金屬結構損壞，嚴重的還會發生災難性的事故。因此對材料進行在線的無損檢測就顯得特別的重要。無損檢測是一門新興的綜合性技術科學，是應用物理、電子科學技術與材料學等各門學科相互交叉和滲透的產物。它以不損傷被檢材料、工件或設備的前提下，應用某些物理方法來測定材料、工件或設備的物理性能、狀態和內部結構，檢測其不均勻性，從而判斷其合格與否。也就是說，應用無損檢測技術能夠在鑄造、鍛造、沖壓、焊接以及切削等各道工序中檢查該材料是否符合要求，以避免進行徒勞無益的加工，合理的制造出產品。 無損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態的前提下，對被檢驗部件的表面和內部質量進行檢查的一種測試手段。無損檢測方法很多，但在實際應用中比較常見的有以下幾種： ①超聲檢測 Ultrasonic Testing（縮寫 UT）； ②射線檢測 Radiographic Testing（縮寫 RT）； ③磁粉檢測 Magnetic particle Testing（縮寫 MT）； ④滲透檢驗 Penetrant Testing （縮寫 PT）； ⑤渦流檢測Eddy current Testing（縮寫 ET）； 在一定程度上，無損檢測技術的高低反映了一個國家的制造業水平的高低，無損檢測技術極大地促進了工業以至整個經濟的發展。在某種意義上可以作為衡量一個國家經濟發展水平和工業技術先進程度的重要標志。作為現代工業基礎技術之一的無損檢測技術，越來越在工程質量保障、產品品質保證、設施裝備維修等領域發揮了越來越重要的作用和意義，已經得到了業界普遍認同的“質量衛士”的美譽。 （1）金屬構件無損探傷的國內研究現狀： 我國的無損檢測發展大致上可分為四個階段：1)20世紀50年代，新中國成立后的起步階段，主要在軍工領域（特別是航空工業）以及軍工相關的重工業領域和科研機構開始X射線、磁粉、滲透、超聲等常規檢測技術的應用。2)20世紀60年代，我國無損檢測技術在機械工業領域開始推廣使用，國產無損檢測設備與器材陸續研制成功并投入應用，除了常規無損檢測技術的應用外，也開始了新型無損檢測技術的研究與使用。3)20世紀70年代，無損檢測技術在我國工業領域開始普遍應用，從是無損檢測技術工作的人員快速增加。4)20世紀80年代以后，隨著我國的改革開放形式不斷深入發展，加入WTO，與國際的接軌越來越緊密，我國的無損檢測技術進入了全盛發展時期，在世界上也在扮演越來越重要的角色。 （2）金屬構件無損探傷的國外研究現狀： 國際上最新無損檢測技術有：①超聲波相控陣檢測技術，主要依據惠更斯原理:波動場的任何一個波陣面等同于一個刺激波源，次級波場可以通過該波陣面上各點產生的球面子波疊加干涉計算得到。這一技術廣泛適用于能源工業、石化工業、航空與航天工業、船舶、鋼軌、汽車等工業。②超聲TOFD檢測技術，同樣基于惠更斯原理：超聲波在傳聲介質中投射到一個異質界面邊緣（例如裂紋尖端）時，由于超聲波振動作用在裂紋尖端上，將使裂紋尖端成為新的子波而產生新激發的衍射球面波向四周傳播。近年來，TOFD方法在歐洲、美國和日本已廣泛用于鍋爐、壓力容器和壓力管道焊縫的檢測。③超聲波導波檢測技術，是一種特殊的在線管道檢測技術，又稱長距離超聲遙探法，應用領域包括：油、氣管網，各種保護層、涂層的管道，鋼坯、棒材、鋼軌等。還有很多應用于金屬無損檢測的新技術，具體技術不再一一介紹，簡單列舉為：非接觸超聲檢測技術、空氣耦合超聲檢測技術、電磁超聲檢測技術、激光超聲檢測技術、數字化X射線檢測技術（CR和DR檢測技術）、紅外成像檢測技術、渦流陣列檢測技術等。 本課題提出基于AT89S52單片機為核心控制器件的超聲波無損探傷系統的設計，單片機和PC機間采用RS-232數據通信，結合LabVIEW上位機用戶界面的設計，從而展開對金屬無損探傷的研究。
二、課題擬采取的研究方法和技術路線 研究方法： 先分析超聲波無損檢測的原理，超聲波無損檢測的基本方法，然后深入分析超聲波的發射、接收電路的設計，信號調理電路的設計，缺陷波形的分析等，重點研究在于數據的轉換、處理和采集以及和上位機的通信，最后是上位機用戶界面軟件的設計。 技術路線： 硬件方面包括超聲波的發射電路、接收電路、增益放大電路和濾波電路的設計，采用AT89S52單片機為核心處理器件，在確定電路性能穩定可靠后，會進一步著手于與上位機的通信設計，與上位機的通信采用RS-232數據通信技術，然后借用LabVIEW強大的功能對于傳輸過來的數據進行友好的用戶界面設計，對數據進行進一步的分析、處理和監測。 三、主要參考文獻 [1] 張旭輝,馬宏偉.超聲無損檢測技術的現狀和發展趨勢.機械制造.2002.40(455):24-26. [2] 中國機械工程學會無損檢測學會.超聲波檢測(第二版)[M].北京:機械工業出版社,2000. [3] 菊池晉一無損檢測的新方法.無損檢測.1996.18(8):237-240. [4] D.T.Brown, G.Green. Developments of an ultrasonic system for submarine hull acousticcladding inspection[J]. NDT&E International, 1997.30(3):123-133. [5] E.E.Hundt,E.A.Trautenberg.Digital Processingof Ultrasonie Data by Deconvolution. IEEE Transactions on SU.1980.27(5):249-250 [6] 陳建元.傳感器技術[M].北京:機械工業出版社.2008.8 [7] 鄭君.基于嵌入式系統超聲波探傷的研究[D].北京交通大學,2008. [8] 宋宇.基于無損探傷的超聲系統研究[D].北京交通大學,2011. [9] 夏紀真.歐洲標準EN12668-2:2001無損檢測-超聲檢查設備的表征及驗證-探頭[J].無損探傷,2009.02:42-58. [10] ATMEL Corporation. AT89S52 datasheet[Z].1999. [11] 史健芳，廖述劍，楊靜.智能儀器設計基礎（第二版）[M].北京:電子工業出版社.2012.9. [12] 韓玉宏. 具有主從USB接口的智能化數據采集系統的接口設計與實現[D].首都師范大學,2007. [13] 張新.單片機原理及應用（第二版）[M].北京:電子工業出版社.2010.10. [14] 何世彪,廖強,李勇.虛擬超聲波無損探傷系統前端電路設計實現[J].現代電子技術,2009,01:116-119. [15] 童詩白,華成英. 模擬電子技術基礎(第三版)[M].北京:高等教育出版社, 2001. [16] 黃民雙.一種高增益前置運放失調漂移的實時補償[J].傳感技術學報,2002(2):140-143. [17] 郭興昕,趙進全.測量放大器共模抑制能力的分析[J].中國儀器儀表,2005(9):68-70. [18] Anolog Devices Inc. AD603 datasheet[Z], 2007. [19] Maxim Integrated Products Inc. MAX4104 datasheet[Z].2002. [20] 張重熊，張思維.虛擬儀器技術分析與設計（第二版）[M].北京:電子工業出版社.2012.5. [21] 劉艷.基于LabVIEW和Proteus的單片機數據采集系統設計[J].現代電子技術,2013.09:102-104+108. [22] 周培森.自動檢測與儀表[M].北京:清華大學出版社,1996. [23] 郭麗. 基于虛擬儀器的超聲探傷儀設計[D].武漢理工大學,2003. [24] 周軍偉. 基于虛擬儀器的超聲檢測的研究[D].西安理工大學,2005. [25] 唐惠龍,牟睿.無損探傷技術在工程上的應用的探討[J].電子測試,2014.03:97-98. [26] 李健.便攜式數字化超聲波檢測儀器的研究[D].西安:西安科技大學,2005
二、畢業設計（論文）工作實施計劃www.628tf.com （一）畢業設計（論文）的理論分析與軟硬件要求及其應達到的水平與結果 理論分析設計： 1.超聲波無損探傷檢測機理的闡述； 2.系統設計方案的分析論證； 3.超聲波發射電路、信號調理電路、接收電路、A/D轉換、RS-232串口通信的硬件電路設計； 4.上位機管理平臺的基本功能設計； 硬件設計要求：確定要選擇的器件及其類型，繪制出詳細的硬件結構框圖與原理圖。 軟件設計要求：配合硬件設計實現最優化設計，繪制程序流程圖。 |
