一、课题综述及研究意义 在工程技术界，人们普遍认为：没有缺陷的材料是不存在的；不产生缺陷的加工方法是没有的，所有的零部件都是经过多种加工工序锻造的。因此，自二十世纪以来，检测技术越来越为人们所重视。 在现代工业中，各种金属材料的结构广泛的应用于轴类、管道、机械、核设备以及各种飞行器中。这些金属构件长时间的运行会出现疲劳腐蚀，产生裂纹以致使金属结构损坏，严重的还会发生灾难性的事故。因此对材料进行在线的无损检测就显得特别的重要。无损检测是一门新兴的综合性技术科学，是应用物理、电子科学技术与材料学等各门学科相互交叉和渗透的产物。它以不损伤被检材料、工件或设备的前提下，应用某些物理方法来测定材料、工件或设备的物理性能、状态和内部结构，检测其不均匀性，从而判断其合格与否。也就是说，应用无损检测技术能够在铸造、锻造、冲压、焊接以及切削等各道工序中检查该材料是否符合要求，以避免进行徒劳无益的加工，合理的制造出产品。 无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。无损检测方法很多，但在实际应用中比较常见的有以下几种： ①超声检测 Ultrasonic Testing（缩写 UT）； ②射线检测 Radiographic Testing（缩写 RT）； ③磁粉检测 Magnetic particle Testing（缩写 MT）； ④渗透检验 Penetrant Testing （缩写 PT）； ⑤涡流检测Eddy current Testing（缩写 ET）； 在一定程度上，无损检测技术的高低反映了一个国家的制造业水平的高低，无损检测技术极大地促进了工业以至整个经济的发展。在某种意义上可以作为衡量一个国家经济发展水平和工业技术先进程度的重要标志。作为现代工业基础技术之一的无损检测技术，越来越在工程质量保障、产品品质保证、设施装备维修等领域发挥了越来越重要的作用和意义，已经得到了业界普遍认同的“质量卫士”的美誉。 （1）金属构件无损探伤的国内研究现状： 我国的无损检测发展大致上可分为四个阶段：1)20世纪50年代，新中国成立后的起步阶段，主要在军工领域（特别是航空工业）以及军工相关的重工业领域和科研机构开始X射线、磁粉、渗透、超声等常规检测技术的应用。2)20世纪60年代，我国无损检测技术在机械工业领域开始推广使用，国产无损检测设备与器材陆续研制成功并投入应用，除了常规无损检测技术的应用外，也开始了新型无损检测技术的研究与使用。3)20世纪70年代，无损检测技术在我国工业领域开始普遍应用，从是无损检测技术工作的人员快速增加。4)20世纪80年代以后，随着我国的改革开放形式不断深入发展，加入WTO，与国际的接轨越来越紧密，我国的无损检测技术进入了全盛发展时期，在世界上也在扮演越来越重要的角色。 （2）金属构件无损探伤的国外研究现状： 国际上最新无损检测技术有：①超声波相控阵检测技术，主要依据惠更斯原理:波动场的任何一个波阵面等同于一个刺激波源，次级波场可以通过该波阵面上各点产生的球面子波叠加干涉计算得到。这一技术广泛适用于能源工业、石化工业、航空与航天工业、船舶、钢轨、汽车等工业。②超声TOFD检测技术，同样基于惠更斯原理：超声波在传声介质中投射到一个异质界面边缘（例如裂纹尖端）时，由于超声波振动作用在裂纹尖端上，将使裂纹尖端成为新的子波而产生新激发的衍射球面波向四周传播。近年来，TOFD方法在欧洲、美国和日本已广泛用于锅炉、压力容器和压力管道焊缝的检测。③超声波导波检测技术，是一种特殊的在线管道检测技术，又称长距离超声遥探法，应用领域包括：油、气管网，各种保护层、涂层的管道，钢坯、棒材、钢轨等。还有很多应用于金属无损检测的新技术，具体技术不再一一介绍，简单列举为：非接触超声检测技术、空气耦合超声检测技术、电磁超声检测技术、激光超声检测技术、数字化X射线检测技术（CR和DR检测技术）、红外成像检测技术、涡流阵列检测技术等。 本课题提出基于AT89S52单片机为核心控制器件的超声波无损探伤系统的设计，单片机和PC机间采用RS-232数据通信，结合LabVIEW上位机用户界面的设计，从而展开对金属无损探伤的研究。
二、课题拟采取的研究方法和技术路线 研究方法： 先分析超声波无损检测的原理，超声波无损检测的基本方法，然后深入分析超声波的发射、接收电路的设计，信号调理电路的设计，缺陷波形的分析等，重点研究在于数据的转换、处理和采集以及和上位机的通信，最后是上位机用户界面软件的设计。 技术路线： 硬件方面包括超声波的发射电路、接收电路、增益放大电路和滤波电路的设计，采用AT89S52单片机为核心处理器件，在确定电路性能稳定可靠后，会进一步着手于与上位机的通信设计，与上位机的通信采用RS-232数据通信技术，然后借用LabVIEW强大的功能对于传输过来的数据进行友好的用户界面设计，对数据进行进一步的分析、处理和监测。 三、主要参考文献 [1] 张旭辉,马宏伟.超声无损检测技术的现状和发展趋势.机械制造.2002.40(455):24-26. [2] 中国机械工程学会无损检测学会.超声波检测(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2000. [3] 菊池晋一无损检测的新方法.无损检测.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] 陈建元.传感器技术[M].北京:机械工业出版社.2008.8 [7] 郑君.基于嵌入式系统超声波探伤的研究[D].北京交通大学,2008. [8] 宋宇.基于无损探伤的超声系统研究[D].北京交通大学,2011. [9] 夏纪真.欧洲标准EN12668-2:2001无损检测-超声检查设备的表征及验证-探头[J].无损探伤,2009.02:42-58. [10] ATMEL Corporation. AT89S52 datasheet[Z].1999. [11] 史健芳，廖述剑，杨静.智能仪器设计基础（第二版）[M].北京:电子工业出版社.2012.9. [12] 韩玉宏. 具有主从USB接口的智能化数据采集系统的接口设计与实现[D].首都师范大学,2007. [13] 张新.单片机原理及应用（第二版）[M].北京:电子工业出版社.2010.10. [14] 何世彪,廖强,李勇.虚拟超声波无损探伤系统前端电路设计实现[J].现代电子技术,2009,01:116-119. [15] 童诗白,华成英. 模拟电子技术基础(第三版)[M].北京:高等教育出版社, 2001. [16] 黄民双.一种高增益前置运放失调漂移的实时补偿[J].传感技术学报,2002(2):140-143. [17] 郭兴昕,赵进全.测量放大器共模抑制能力的分析[J].中国仪器仪表,2005(9):68-70. [18] Anolog Devices Inc. AD603 datasheet[Z], 2007. [19] Maxim Integrated Products Inc. MAX4104 datasheet[Z].2002. [20] 张重熊，张思维.虚拟仪器技术分析与设计（第二版）[M].北京:电子工业出版社.2012.5. [21] 刘艳.基于LabVIEW和Proteus的单片机数据采集系统设计[J].现代电子技术,2013.09:102-104+108. [22] 周培森.自动检测与仪表[M].北京:清华大学出版社,1996. [23] 郭丽. 基于虚拟仪器的超声探伤仪设计[D].武汉理工大学,2003. [24] 周军伟. 基于虚拟仪器的超声检测的研究[D].西安理工大学,2005. [25] 唐惠龙,牟睿.无损探伤技术在工程上的应用的探讨[J].电子测试,2014.03:97-98. [26] 李健.便携式数字化超声波检测仪器的研究[D].西安:西安科技大学,2005
二、毕业设计（论文）工作实施计划www.eeeLW.com （一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果 理论分析设计： 1.超声波无损探伤检测机理的阐述； 2.系统设计方案的分析论证； 3.超声波发射电路、信号调理电路、接收电路、A/D转换、RS-232串口通信的硬件电路设计； 4.上位机管理平台的基本功能设计； 硬件设计要求：确定要选择的器件及其类型，绘制出详细的硬件结构框图与原理图。 软件设计要求：配合硬件设计实现最优化设计，绘制程序流程图。 |
