基于虚拟仪器技术的超声数据采集系统设计.pdf

2 0 0 3年 第 l 2期 煤 矿 机 械 5 3 文章 编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 3 1 2 ． 0 0 5 3 0 3 基 于虚 拟仪器技术 的超声数据 采集 系统设计 陈磊 。叶平 。刘春 。袁 晓明 中 国矿业 大学 机 电与 材料 工程学 院 ，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘 要 介 绍 了一种基 于 P CD A Q结构的 高速超声数据采集 系统 ， 系统硬 件主要 由 R V0 3 0 5 0 数 字 示 波 器和 P C机 组 成 。 软 件 设 计 主要 采 用 图 形化 编程 语 言 I J a b V I E w ， 该 系统 采 用模 块 化 的软 、 硬 件 结 构 ， 便 于移 植 应 用 到 各 种 场 合 。 关键 词 L a b V I E W；动 态连接库 ；数据采 集卡 ；超 声波检 测 中 图号 T P 2 7 4 文 献 标 识 码 A 1 前 言 超声波检测作 为重要的无损检测手段之一应用 于广阔的领域 ， 检 测设备 的性 能直 接影 响被 测部件 的安全运行期和使用 寿命 的正确判定⋯。传 统 的超 声探伤 系统 主要 由超声波探伤仪来完成对 回波信号 的收集和分析工 作 ， 探伤 仪示 波屏 上 的回波 信号提 图档信息 的增删修 改 、 图形 文件 的上传 下载 、 版本管 理和图档信息查询 功能 。 被处理 工件技 术数据管理子系统和感应加热工 艺数据管理子 系统 属 于 P D M 产 品结构 与 配置 管理 功能模 块 ， 这 2个模 块分 别提 供 了对产 品 的设计 结 构 、 功能模块组成结构 、 机械组成结构及材料清单 的 管理功能 ， 以及版本管理 的功 能。 综合 管理子系统将上述 4个管理子系统有机联 系起 来 ， 由系统查 询 、 汇总 表生成 、 系统维护 3个模 块构 成 。系统 查询 模 块 实 现对 感 应 器 图档 信 息数 据 、 工件图档信息数据 、 工件技术数据和工艺数据 的 全 面查 询 ， 并 可对 图档版本 信 息 以及 用户 操作 日志 进 行检索查询 。汇总表生成模块可对感应器零件 中 的标 准件 、 加工件 、 借 用件 、 配作 件、 外购件 的信息进 行 统计汇 总 ， 用户 只需指定 所要 生成的汇总表类型 ， 系统 则会查找 出符合 条件 的数据 ， 自动生 成 相应 的 图纸清单 。系统 维护 模块 通过完 成用 户登 录、 用户 权限维护等功能 保证 程序 系统 安全 ， 并监 控 与数据 库的连接状态 和提供联机 帮助 。 4结 语 P D M技术 自今年起 已经 正式 进入 新 的时代 ， 它 供 了确定有关材 料 内部缺 陷和性 能 的 丰富信 息 。 但 不能对 回波信号 中 的这 些信 息做 进 一步 、 更 精 确 的 量化分 析和处 理。本文构建 的超声探 伤虚拟仪器系 统利用 高 速 数 据 采 集 卡 和 N I 公 司 N a t i o n l I n s t r u ． m e n t s C o r p ． L a b V I E W 软件平 台 ， 完 成对 超声 信 号 的 实 时采 集和处 理 ， 并实现 多种功 能 ， 提高检 测的可靠 是 以管好产品数 据作 为应用 的立 足 点 ， 跨越 了企业 计算机应用 的各 阶段 。无 论 是实 施技 术 、 软件 开 发 、 集成性以及未来 性等 都有 一个 相 当宽广 的发展 空间 。在今天企 业信 息化脚 步 如此 快速 的环 境里 ， 稳扎稳 打地从设 计研 发部 门 、 技术 部 门、 制 造 部 门、 商 品保 管部 门、 客户服务部 门、 业务部 门、 管理部 门、 财务部 门逐步实施 P D M以及各种信 息应用 系统 ， 已 经是 一 个 潮 流 。 企 业 必 须 了 解 到 今 年 起 ， 信 息 业 已 从代理业转 向顾 问、 技 术 服 务 与系 统 集 成 的 时代 。 将会发 现信息技 术与软件技 术 的分工逐渐走 向细微 化 ， 因此 ， 制造业 与信息业 之间 的连盟关 系也将更加 密 切 。 参考 文献 [ 1 ] 李 炜 ， 等 ． 基于 P D M的 C A D ／ C AP P集 成 系统 设计 [ J ] ． 安 庆 师 范学 院学 报 ， 2 0 0 2 ， 8 1 l 92 1 ． [ 2 ] 符欲梅， 等． 制造企业技术信息系统发展趋势及实例研究[ J ] ． 重 庆 工业高 等专科 学报 ． 2 0 0 0． 1 5 1 4 24 5 ． 作者 简介 孔令 举 1 9 7 7一 ， 河 南鹿 邑人 ， 河 南 科 技大 学 助 教 主要研究 方向 产品数 据管理 技术 ． 收稿 日期 2 0 0 3 ． 0 9 ． 0 8 The d e s i g n a nd a n a l y s i s 0 f b a s e d f u nc t i o n 0 f a PDM s y s t e m KoNG Li n g - j u．YANG J u a n He n a n Un i v e r s i ty o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y- L u o y a n g 4 7 1 0 0 3- C h i n a J Ab s t r a c t P DM t e c h n o l o g y h a s c o me i n t o n e w a g e s ． ，I 1 h e a r t i c l e d i s c u s s e d t h e b a s i c f u n c t i o n o f P DM P r o d u c t D a t a Ma n ． a g e m e n t 。 a n d g i v e n a n e x a mp l e o f t h e m a n a g e m e n t o f d r a w i n g s a n d fi l e s a b o u t i n d u c t o r b ase d o n P D M。 a l s o a n a l y s e d t h e de s i g n an d b ase f u n c t i o n o f t h i s PDM s y s t e m ． K e y wo r ds PDM ； da t a ma n a g e me n t ； man a g e me nt s y s t e m 维普资讯 ． 5 4． 基于虚拟仪器技术的超声数据采集系统设计一陈 磊 簦 三 性 和准确 性 。同时 ， 采用 模块化 的软 、 硬 件结构 ， 可 以经数据采集 系统移植 应用到多种场合 。 2 系统 结 构 和 工 作 原理 本文 构建 的基于虚拟仪 器超声 检测 系统如 图 1 所示 ， 主要 由传感 器 、 超 声波 发射 电路 、 接 收放 大电 路 、 数据采集卡 和信 号 分析环 节 等组成 。调理后 的 回波信 号通过 R V 0 3 0 5 0数 字示波 器采集 到计算 机 ， 然后借 助于 L a b V I E W 强大 的分析 处理功 能 ， 来 完成 各种分析工作 。该 超声探伤 系统与传统 系统相 比能 更加准确地反 映缺 陷的性 质 和状态 ， 而且整 个系统 可 以集成 为便 携式的智能检测仪器 。系统 中超声发 射 电路用 于产 生加在 超声 探 头上 的高压 脉 冲 ， 接 收 到 的脉 冲超声 被转换 成 微弱 声信 号 ， 再经接 收放 大 器放大 ] ， 由数据采集卡 里的 A ／ D转换 器变成 数字 信 号 ， 送 入计 算机进行运算处理 ， 并在显示 器上实 时 或冻结显示 回波脉冲。本文构建 的仪器 系统在承袭 常规超声 波 探伤 仪 的基 本 模式 和 基 本 功能 的基 础 上 ， 具 有 数 字 存 储 和运 算 功 能 ， 实现 了探 伤 过程 中 自 动判伤 、 自动读 出和显示缺 陷的位置与 当量值 、 存储 并 打 印 输 出探 伤 报 告 。不 仅 解 决 了 超 声探 伤 可记 录 的问题 ， 而且减少 了人为误差 ， 提供了探 伤结果的可 信性 。 发射电路 H接收放大 卜 - ． ． 1 D A Oc a | d H便携机 I I 1, ,, l it 图 1 基于虚 拟仪器 技术的便携式智能超声检测诊断仪框图 Fi g． 1 Bl o ck di a g r a m o f v i rt u al i ns t r u m e nt s ba s e d po r t abl e i nt e l l i g e n t u l t ra s on i c t e s t i ng d e t e c t o r 3虚拟仪器及其 数据采集硬件结构 虚 拟 仪 器 V i r t u a l I n s t r u me n t s 技 术 就 是 在 通 用 计算机环境 中， 依 托功 能强 大 的处理 单元 和高速 的 数据 总线 ， 利用 各种软件平 台， 在屏 幕上构建与真实 仪器类 似的可视 化软 面板 ， 通过 软 面板 上 的虚 拟控 制件控制底层硬 件 ， 用功 能强 大 的软件来 完成 信号 的采集 、 实 时或事后 分析 、 显 示 和存储 ， 并 给 出检 测 结 果 。 数据采集 D A Q D a t a A c q u i s i t i o n 是虚 拟仪器设 计 的基础 。虚拟仪器数据采集 系统 的硬件平台有两 部分组 成 1 计算 机 。一 般 为 P c机 或 者 工作 站 ， 它是硬件平 台的核心 ； 2 I ／ O接 口设备 。主要完 成 被 测输入信号 的采集 、 放大 、 模数转换 。可根据实际 情 况 采 用 不 同 的 I ／ O 接 口硬 件 ， 如 数 据 采 集 卡 D A Q 、 G P I B总线 仪 器 、 V X I总线 仪器模 块 、 串 口仪 器等。本文设 计 的数 据 采集 系 统采 用 的 P CD A Q 结构如 图 2所示 ] 。数据采集系统 的基本 任务是 物 理信号 的产生和 测量 ， 要使 计 算机 系统 能够 测量 物 理信号 ， 首先要使用 传感 器把 物理 信号 转换 成 电压 或者 电流之类 的电信 号 ， 通 常不 能把 被 测信 号 直接 连接 到 D A Q卡 ， 而必 须使 用信 号 调理 辅 助 电路 ， 先 将信号进行一定 的预处理 。从传感 器变换 来 的电信 号经调理 电路 变换 后 通过 数 据 采集 卡 输 入 到计 算 机 。 } 放 采 区匿卜固 路 大 嵯 6 匝夏卜固卜 开 慑 转 关 嚣 持 换 M M { 器 嚣 数I } 采凳 传巷器及其调理电路一 一虚拟仪嚣硬件平台 P C- D AQ 图 2 多 参量 多通 道 P CD A Q虚 拟仪 器数 据 采集 系统 Fi g． 2 Da t a a c qu i s i t i on s y s t e m o f m u l t i pl e pa r a m e t e r s a nd c h a n n e l s P CD A Q v i r t u a l i n s t r u me n t s 本探伤 系 统 的数 据 采 集 部 分 主 要 有 R V 0 3 0 5 0 数据采集 卡和便携式计算机 组成。数据采集 卡采 用 R V 0 3 0 5 0数 字 示 波 器 ， 它 有 2 1通 道 C h a n n e l A、 C h a n n e l B和 E X T T RI G ， 2个 输 入通 道 可 同 时或 单 独显示。采集卡用并 口电缆 于计算机 打 印 口 P a r a l - l e l P o rt 相连 ， 具有 5 0 Ms ／ s的实时采样 、 8 b i t 垂 直分 辨率 ， 采样信 号频率调 整范围 2 0 H z ～2 5 MH z 。 4数据采集软件设计和功能 实现 虚拟仪器软件结构也 由两 大部分组成 1 应 用 程序 ； 2 I ／ O接 口仪器 驱 动程 序 ， 这 类 程序 用 来 完 成特定外部硬 件设备 的扩展 、 驱 动与通 信 。开发 虚 拟仪 器 ， 必须有合 适 的软件 工具 。 目前 开发 虚拟 仪 器的软件开 发工 具 主要 有 文 本 式 编程 语 言 V i s u a l B a s i c 、 V i s u a l C 、 L a b w i n d o w s ／ C V I 和 图 形 化 编 程 语言 L a b V I E W、 H P V E E等 。 L a b V I E W 是 N I 公 司 N a t i o n a l I n s t r u me n t s C o r p ． 推 出的用于开发虚 拟仪 器 的图形化 编 程语 言 ， 它 提 供 了丰富 的功能模 块 以供调 用 ， 同时程序 员 还可 以 自己编写 c和 Ma t l a b程 序代码实 现特定 的功 能 ， 然 后直接 嵌入 V I中 分别 对应 于 C I N和 Ma d a b S c r i p t 当作一个子 v I 来运行 ， 这 大大加 快 了编程效率 和程 序灵活性 。另 外 L a b V I E W 能 够通 过 C L F节 点来 调 用动态链接库 D L L D y n a m i c L i n k Lib r a r y 文件 ， 这样 就可 以在 L a b V I E W 里调 用第 3方数 据 采集 卡 提 供 的 D L L 来 完成采集卡与 L a b V I E W 软件 的连接 。 自动测试 和控 制 系 统 是 L a b V I E W 的 主要 应 用 领域 之 一 ， N I 公 司 推 出 的 采 集 卡 可 以 采 用 L a b V I E W 自带 的驱 动 函数 方便 地 驱 动。但 是 这 些 直接 支 持 L a b V I E W 的采集卡价 格往往 比较 昂贵 ，所 以在系统 维普资讯 2 0 0 3年第 l 2期 煤 矿 机 械 5 5 文章 编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 3 1 2 ． 0 0 5 5 ． 0 3 并联机床数控系统 N C代码格式变换程序的开发 陈 杰’ ．陈健 1 ． 鞍 山师范 学 院 ，辽 宁 鞍 山 1 1 4 0 0 1 ；2 ． 济源 职业 技术 学院 ，河南 济 源 4 5 4 6 5 0 摘要 数 控 系统软 件 由 数控 处 理 软 件 和 用 户 界 面软 件 两部 分 组 成 。数 控 处理 软 件 主要 是 如 何 利 用现 成 的 N C代 码 在 并 联 机 床 上 实现 加 工 ， 包括 N C代 码 格 式 转 换 、 插 补 、 坐 标 变 换 、 运 动 学 变 换 等 ， 对 N C代码格 式转换进行 了研究 ， 给 出了程序 流程 图。 关 键 词 并 联 机 床 ；数 控 系统 ；NC代 码 中图号 T P 3 文献标识码 A ’ 1 引 言 并联机床 与传统 机床 直接 控制 X、 Y 、 Z， A、 B、 C轴 不 同 ， 不 能 从 N C代 码 直 接 到 伺 服 控 制 。 要 实 现一定 刀具位置 ， 必 须转换 为控 制运 动副 的长度 或 中， 采用 了 R V 0 3 0 5 0系 列 数 字 示 波 器 进 行 数 据 采 集 ， 这样一 方 面 节 约 了硬 件 开支 ， 一 方 面又 利 用 了 L a b V I E W 强 大 的 数 据 分 析 能力 。 R V 0 3 0 5 0提 供 了支 持 L a b V I E W 调用的 D L L文件 。 L a b V I E W 含有丰 富 的分析 功 能 ， 同时 利用 它 可 以实现 美 观 的 仪 器用 户 界 面 。图 3为 在 L a b V I E W 里采 到的超声 回波信 号并对 其进 行 寻峰处 理 ， 采用 内存深度 为 1 K， 波形 为 1 0 2 4个采 样点 的拟合 曲线 。 测试 对象为一 圆柱形 容器 ， 换 能器 采用接 触 式纵 波 联合 双探 头 。对采 集 到 的数 据 在 L a b V I E W 里 可利 用 各种分析 功能完成判伤操作 。 图 3 用 L a b V I E W 程 序对超 声 回波 信号 进行 寻峰 处理 Fi g． 3 P e a k d e t e c t i o n o n e c h o wa v e s i g n a l s n g i n L a b VI EW 转角 ， 这里面 就必 须包 含 N C代 码 格式 转 换 、 插 补 、 坐标 变换 及 运 动 学 变 换 等 。本 文 主 要 阐 述 N C代 码 格 式 变换 程 序 的 编 制 。 2 N C代 码 格 式 变 换 5结 语 和 展 望 本文设计 的基 于 P CD A Q的虚 拟仪 器 数据 采 集 系统结构简单 ， 超声 回波信 号波形 能 够快 速实 时 地显示 ， 也可 以冻结在屏幕上 ， 能够存储 回波 波形 和 探 伤数据 。 并对存储波形进行分 析测试 ， 或 打印输 出 包括缺 陷回波 在 内的探伤 报告 。 同时 ， 采用 频率 高 达 5 0 MH z 、 模 块化的软硬件结 构便于将 数据 采集 系 统移植到各种场合 ， 而且 整个 超声探 伤 系统 易 于集 成 为便 携式 的超声探伤 仪器。 参考 文献 [ 1 ] 沈 大鹏 ， 高 扬杰 ． 基 于 虚 拟 仪器 的超 声 探 伤 系 统 [ J ] ． 无 损 检 测 ， 2 0 0 2 ． 2 4 2 6 4 6 6． [ 2 ] 王 仲生 ． 无 损 检 测 诊断 现 场 实 用 技 术 [ M] ． 北 京 机 械 工业 出版 社 。 2 O O 2 ． [ 3 ] 刘 君华 ， 贾惠芹 ． 丁晖 ， 等 ． 虚 拟仪 器 图形 化 编 程语 言 L a b V l E W 教 程 [ M] ． 西 安 西安 电子科 技大 学 出版社 ． 2 0 0 1 ． 作者 简介 陈磊 1 9 7 9一 ， 河 南 鲁山人 ， 中 国矿 业大 学机 械 电 子 工 程专业 硕士研 究生 ， 主要从 事超声 无损 检测 和虚 拟仪器 技术 研究 ． 收稿 日期 2 0 0 3 ． 0 9 ． 1 5 De s i g n 0 f、 ， i r t ua l i n s t r u m e n t s ba s e d u l t r a s o n i c da t a a e q u i s t i o n s y s t e m CHEN Le 1 ．YE Pi ng．LI U Chu n．YUAN Xi s o - mi n C o l l e g e o f Me c h a t r o n i c a n d Ma t e r i a l En g i n e e rin g ． C UMT． X u z h o u 2 2 1 0 0 8． C h i n a A b s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d a h i s hs pee d u l t r a s o n i c d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m b a s e d o n P CD A Q s t r u c t u r e ． I 1 l e s y s t e m ’ S h a r d wa r e i s ma i n l y c o mp o s e d o f RVO3 05 0 v i r t u a l o s c i l l o s c o p e a n d p e r s o n al c o mp ut e r a nd i t s s o f t wa r e i s c h i e fly d e s i g ne d wi t h t h e a i d o f g r a p hi c pr o g r a mmi ng l a J l g u a g e L a b VI EW ． Th a n k s t o t h e a d o p t i o n o f t he mo du l a r s t ruc t u r e i n t he ha r d wa r e a n d sof t wa r e． Th i s s y s t e m i s c o n v e n i e n t f o r t r a n s p l a n t i n g t o o t h e r fi e l d s． Ke y w o r d s l a b VI E W ；D L L； D A Q c a r d u l t r a s o n i c t e s t i n g 维普资讯