基于超声波管材壁厚连续测量系统的应用与研究
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摘要
超声检测是现代无损检测中重要的一部分,它广泛应用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域。目前,以超声波测厚仪测量管材和其它部件厚度,测量方法都是逐点测量,缺乏对整个管材连续测量的能力。多通道超声检测系统除了单通道超声发射仪的模拟量检测和处理系统外,还包括数字测定系统(时差测量装置)以及单片微机数据处理系统和外围显示系统。多通道超声波测厚系统其中通道数至少包含两个通道,但是通道数也不能过多,因为要考虑到测量探头的激励方式,由于所有通道的壁厚信号要经过同一个充放电电路和峰值检波电路,这样就要求这些通道在时间上不能并发,否则会造成壁厚脉冲的重叠从而造成测量错误。这是探头激励只能是串行方式的原因。探头只能依次激发,造成了测量速度不能过快。否则,在同一个探头相邻的两个激励周期内,测量点将相距过远而失去系统的连续测量能力。
本文主要对超声波多通道实时在线测厚系统进行了以下几个方面的研究:研究了超声波的传播特性、超声波传感器测厚原理;建立了多通道测厚模型;研究了超声波多通道测量探头的分布及其触发方式;研究了数据的微机化处理方法,将被测参数经超声传感器换成模拟信号,再由模拟输入通道进行信号调理和数据采集,转换成微机要求的数字形式送入微机进行必要的处理,其中包括主机及其接口电路的设计、数据处理及其监控程序的设计等。
Ultrasonic nondestructive testing is an important part of modern measurement, it's widely used in petroleum, chemical industry, metallurgy, shipbuilding, aviation, aerospace and other fields. Currently, ultrasonic thickness gauge to measure the thickness of pipe and other components, the main measurement methods are measuring point by point. They are lack the capacity of continuous measurement for the whole pipe. Multi-channel ultrasonic thickness measurement system in addition to have single-channel ultrasonic instrument analog detection and treatment systems, which includes digital measurement system, as well as single-Tablet PC data processing system and the external display system. Multi-channel ultrasonic thickness measurement system at least includes two channels, but not excessive number of channels. In this system, the probe could only inspire one by one and so the measurement of speed is not very fast. Otherwise, in the same incentive cycle of the two adjacent probes, the measurement will be set too far apart and lost the capacity of continuous measurement. We should also study the sequence of ultrasonic probe and trigger frequency, etc.
This subject will conduct a comprehensive study for multi-channel、on-line and real-time ultrasonic testing system. The main contents of the paper are: Study the thickness measurement principle for ultrasonic sensor, establishment of the multi-channel model; Study the trigger way and the distribution of probe in multi-channel ultrasonic measuring systems ; The research in computerized data processing. This thesis includes mainframe and its interface circuit research, data processing and monitoring procedures for design.
本文主要对超声波多通道实时在线测厚系统进行了以下几个方面的研究:研究了超声波的传播特性、超声波传感器测厚原理;建立了多通道测厚模型;研究了超声波多通道测量探头的分布及其触发方式;研究了数据的微机化处理方法,将被测参数经超声传感器换成模拟信号,再由模拟输入通道进行信号调理和数据采集,转换成微机要求的数字形式送入微机进行必要的处理,其中包括主机及其接口电路的设计、数据处理及其监控程序的设计等。
Ultrasonic nondestructive testing is an important part of modern measurement, it's widely used in petroleum, chemical industry, metallurgy, shipbuilding, aviation, aerospace and other fields. Currently, ultrasonic thickness gauge to measure the thickness of pipe and other components, the main measurement methods are measuring point by point. They are lack the capacity of continuous measurement for the whole pipe. Multi-channel ultrasonic thickness measurement system in addition to have single-channel ultrasonic instrument analog detection and treatment systems, which includes digital measurement system, as well as single-Tablet PC data processing system and the external display system. Multi-channel ultrasonic thickness measurement system at least includes two channels, but not excessive number of channels. In this system, the probe could only inspire one by one and so the measurement of speed is not very fast. Otherwise, in the same incentive cycle of the two adjacent probes, the measurement will be set too far apart and lost the capacity of continuous measurement. We should also study the sequence of ultrasonic probe and trigger frequency, etc.
This subject will conduct a comprehensive study for multi-channel、on-line and real-time ultrasonic testing system. The main contents of the paper are: Study the thickness measurement principle for ultrasonic sensor, establishment of the multi-channel model; Study the trigger way and the distribution of probe in multi-channel ultrasonic measuring systems ; The research in computerized data processing. This thesis includes mainframe and its interface circuit research, data processing and monitoring procedures for design.
引文
[1]陈娟,苏露,候至灵.超声波测量管道壁厚.电子测量技术,2004,04期:P48 51
[2]方佳音,过元凯.超声测厚仪改进的探讨.无损检测学报,2000年8月第22卷第8期:P361-365
[3]刘政清,刘悄.超声无损检测的若干新进展.无损检测技术,2000年9月第22卷第9期:P403-405
[4]张晓辉,马宏伟.超声波无损检测技术的现状和发展趋势.现状·趋势·战略,2002年7月第40卷455期:P24-26
[5]中国管道无损检测业的发展:http://www.oilpipeline.com.cn/News/zjgw.asp,2004
[6]贺力勤,葛美亮,高晶敏.单片机在超声测厚仪中的应用.北京理工大学学报,1997年6月第3期第17卷:P389-392
[7]杨锋,陈世宏,沈宏等.多通道智能超声波自动探伤仪的微机实现.鞍山钢铁学院学报,1996年6月第3期第22卷:P171-173
[8]刘凤然等.基于单片机的超声波测距系统.传感器世界:P29-31
[9]吕汉兴等.多声道超声多普勒流量计.工业仪表与自动化装置,1997年第3期,P24-27
[10]曹凤国,张勤俭等.超声加工技术.化学工业出版社.2005:P1-4
[12]《国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材》编审委员会.机械工业出版社.2006:P1-2、P29-31
[13]金长善等.超声工程.哈尔滨工业大学出版社.1989:P90-93
[14]李广泽.智能化超声波水流量计的硬件设计与制作.西安理工大学学位论文:P26-36
[15]张俊.基于DSP的超声波流量计.南京航空航天大学硕士学位论文:P30-36
[16]刘佰英.管道超声波流量计研究.东北大学学位论文:P43-51
[17]姜明.单片机控制多功能信号发生器.吉林大学学位论文:P24-35
[18]高明光等.超声传感器在物位测量中的应用.传感器技术,1997年第3期:P46-480
[19]张汉奇等.高性能自动增益控制(AGc)电路的设计与实现.电测与仪表,1998年第7期:P25-260
[20]周箭等.液晶显示技术在智能化测试仪中的应用.电测与仪表,1998年第10期:P31-320
[21]袁波、杨衍明.高精度测量中选频网络及超声信号的放大电路.电子技术,1997年第4期:P8-9
[22]海涛.低噪宽带程控增益放大器的实现.电子技术,1998年第8期:P39-400
[23]B.Gross eta 1.1990.Comparison of radiographic and ultrasonic inspection methods onmechanized girth welds.Pipeline Technology Conference,Ostend,Belgium,October
[24]常太华,苏杰,田亮.检测技术与应用.中国电力出版社.2002:P129-131
[15]樊尚春,乔少杰.检测技术与系统.北京航空航天出版社.2003:P253-254
[26]陈祯,彭光俊,蔡兰.一种新型的超声在线测厚仪.仪表技术.2005,(1):P25-26
[27]刘小辉.炼油装置设备的腐蚀监测.石油化工腐蚀与防护.2002,19(4):P8-11
[28]ANSI/ASNT CP-189-1995."American National Standard for Qualification and Certification of Nondestructive Testing Personnel"(1995),Appendix B-Training Outlines and References Publ:shed by ASNTJne.
[29]严伟丽,董绍平.炼油装置和管线的器壁在线测厚.石油炼制与化工.2000,31(7):P63-65
[30]丁克勤,李海超.基于工业CT的压力管道在线测厚仪研制.CT理论与应用研究.2003,12(2):P1-5
[31]程松波,郭顺生,李嘉宁.电涡流式钢板在线测厚系统设计.2005,18(3):P61-62
[32]Jack Blitg and GeoffSimpson.Ultrasonic Methods of Nondestructive Testing.Chapman&Hall,1996
[33]黄贤武,郑筱霞.传感器原理与应用.电子科技大学.1999:P195-196
[34]李喜孟.无损检测.大连理工大学.2000:P129-130
[35]徐海,何辅云.超声壁厚连续测量的研究.1671-4423(2006)03-33-03
[36]孙传友,孙晓斌等.控制系统原理与设计.北京航空航天大学.2002:P2-5
[37]徐祖俊.微机检测与控制应用系统设计.北方交通大学.2001:P3 4
[38]Jack Blitg and GeoffSimpson.Ultrasonic Methods of Nondestructive Testing.Chapman&Hall,1996
[39]J.Krautkramer and H.Krautkramer.Ultrasonie Testing of Materials.Znded,Springer Verlay,Berlin,1977
[40]朱娟花.钢管可视化超声波连续测厚系统的研究.合肥工业大学学位论文:P16-19
[41]盛沙.多通道、自动化超声检测系统研究与设计.武汉理工大学学位论文:P40-42
[42]何辅云,刘洪,何箭.管材折叠缺陷及壁厚的同时高速检测方法[J],无损检测2001.23(1):P16-17.
[43]朱娟花,何辅云,吴昂.水藕合高能多探头超声动态检测系统.合肥工业大学学报(自然科学版).2005.28(1):P84-86.
[44]公茂发,马宝甫等.单片机人机接口实例集.北京航空航天大学出版社,1997:P84-90
[45]耿恒山,杨鹏等.MCS-51单片机原理及应用.天津大学出版社,2001,P291-294
[46]何宏,陈希明等.微型计算机原理与接口技术.天津大学出版社,2005,P228-240
[2]方佳音,过元凯.超声测厚仪改进的探讨.无损检测学报,2000年8月第22卷第8期:P361-365
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[43]朱娟花,何辅云,吴昂.水藕合高能多探头超声动态检测系统.合肥工业大学学报(自然科学版).2005.28(1):P84-86.
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[46]何宏,陈希明等.微型计算机原理与接口技术.天津大学出版社,2005,P228-240