基于超聲波檢測設備軟件系統研究

劉紅妤

(貴州省特種設備檢驗檢測院，桂陽 550014)

0 引 言

為了保障本文的數據能夠得到有效應用，本文在超聲波檢測設備分析中，將以油田系統為基準進行分析。針對于油田系統而言，在設備出廠前，需要對焊縫質量進行檢測，以保證焊縫連接緊密，提升管道的整體使用壽命。而應用超聲波無損檢測技術，可以對各種管道進行集中檢測。目前，大多數超聲波檢測設備均存在對數據儲存出現困難、圖形反饋精準度不高、結果處理不及時的情況。因此，在本文研究中，本文將對超聲波檢測設備系統進行有效的設計，實現對超聲波的快速響應以及數據的及時儲存，以保證在原有設備上，能夠完善整體的處理模式，保障定位精準。

1 超聲波檢測的基本概述分析

在超聲波檢測中，超聲波可以進行必要的檢測工作，以保證超聲波可以實現無損檢測方法。超聲波無損檢測可以在不破壞部件和相關原材料的前提下，對檢驗的表面以及內部質量進行全面的分析，以檢測出其內部的密度以及問題[1]。超聲波檢測可以根據相關的檢測標準，如GB/T3559-2011、JB/T4730.3等建立多樣性的標準，并對焊縫進行集中檢測，對其鋼板以及鑄造件等進行必要的查詢。在超聲波檢測過程中，超聲波具備以下五種特點[2]。

(1)超聲波的波速在檢測時，可以進行聚集，并投射至某一特定方向。并按照相關介質，進行沿線掃描傳播，具備良好的指向性；

(2)超聲波在介質傳播過程中，超聲波自身受各種因素影響，有可能會發生一定的衰減以及散射；

(3)超聲波在相關的介質界面上，其自身將會發生反射以及波形轉換。利用此類特征，可以保障從缺陷界面來回反射，以達到探測探曲線的目的；

(4)超聲波能量轉換較大；

(5)超聲波在固體傳輸中，其相關損失較小，探測深度較大。因此，對于超聲波的傳播，其在相關界面上有可能會發生一定的反射、折射現象。在針對氣體以及相關的氣孔運動中，可以進行全面掃描。當超聲波傳播至缺陷界面時，將會出現全部反射，并就超聲波的相關聲波完成分析，例如，超聲波的反射波被探頭接收，并完成電路傳播處理，以保障超聲波以及反射波形的有效性，可以根據波形變化特征，判斷波形深度位置[3]。

2 超聲波基本設計思路分析

在整個超聲波系統的設計思路中，根據不同的應用場景，可以確定不同程度的檢測機制。例如，在超聲波檢測中，可以將其整體確定為三大部分。

(1)第1部分根據超聲波的收發電路，以保證超聲波系統能夠發射穩定的超聲波信號，并就已接收到的信號，進行全面處理；

(2)第2部分根據信號處理機制，將硬件系統中的模擬信號轉化為數字信號。并通過關聯、串行的通信設備，將數據傳輸至上位機；

(3)第3部分則為軟件處理機制。通過程序的設計以及相關編寫，可以保障超聲波形的快速、精準顯示，并實現數據儲存功能[4]。

3 系統的整體軟件設計

針對于超聲波檢測系統設計，我國目前通常應用相關的編程技術。近年來，Python語言具有明顯的發展趨勢，該語言具備簡潔易用，且兼容性較廣泛的優勢。目前，Python被廣泛應用至軟件系統設計中。作為我國目前實用范圍居于前三位的編程語言中，Python照比Java、C+(C++)等編程語語言，Python其自身具有明顯的發展空間。因此，在本文的討論中，本文將主要就PyCharm進行語言編寫，并展開相關討論PyCharm是一種Python IDE，PyCharm在調試中，其自身帶有調試以及綜合管理、代碼跳轉等功能。同時，更可以保證用戶能夠實現相關語言的開發。在超聲波檢測設備的軟件系統研究設計中，甚至可以通過PyCharm連接樹莓派，以保障相關使用者直接通過電腦，對樹莓派進行編程，完成PyCharm程序調試[5]。

3.1 系統準備

在超聲波虛擬系統的運行過程中，需要建立有效的虛擬環境，以保證在檢測時，超聲波檢測技術可以保證整個系統的有效性。例如，在進行虛擬平臺建立中，可以基于“Numpy”、“Scipy”、Pandas”、“matplotlib”、“pyqtgraph”五種數據庫為基準，并完成虛擬環境的搭建。需要注意是，在虛擬環境搭建中，其內部進行的任何操作都要以Python的安裝環境為基準，以保障對虛擬環境的工程起到明顯的應用效果。

3.2 軟件方案的設計流程

在軟件設計中，需要確定相關的流程思路，并在系統完成啟動后，進行初始化處理。在軟件設計中，進行端口檢測，以便分析其是否具有可用端口。在整體的設計中，以保證自動分析端口是否能夠進行連接。在連接后，可以根據可用端口，自動收集數據，并進行數據的分析處理。在顯示界面，可以實現交互，并完成數據的集中儲存。若相關端口接收不到數據，則在循環之后，將自動退出[6]。在相關軟件流程圖中，可以確定在系統化以及可用端口處理。可以在系統分析檢測自動運行狀況，以便進行數據處理。并通過界面，顯示完成數據的模式的分析。

在設計流程中，超聲波探傷可以利用材料以及其母材性能差異，對待檢測材料進行反射。并根據整體的能量變化，通過超聲波檢測材料內部的缺陷進行分析，通過脈沖反射法的縱波探測以及橫波探測，完成有效應用。通過反射，保證超聲波顯示有效，并以整體代表聲波傳輸，對木材進行全面分析。超聲波的脈沖傳播實踐與生成成正比關系，完成缺陷定位，已通過恢復速度來判斷缺陷的能量大小[7]。

在探測過程中，需要就探測前，進行相關準備。例如，可通過以下四點進行分析。

(1)對被檢測的相關構件進行有效的熟悉，如根據名稱、材質等方法完成溝通；

(2)選擇必要的儀器及探頭，通過探頭比例、探測方式等，完成有效評定；

(3)根據儀器的相關標準，對儀器的水平線以及垂直線進行測定。探討的標準，進行靈敏度以及分辨率的修正，并就調整模式，給予相關的比例調節整體的水平距離；

(4)靈敏度調整，針對超聲波的特性進行靈敏度檢驗。

3.3 具體的系統功能

在具體的系統功能中，通過Pyserial，可以完成有效的串口。實現中心通信模塊的制定。Pyserial具備極佳的應用特性，可以支持各大主流系統。例如，“Linux”、“Windows”、“BSD”、“POSIX”、“Jython”、“IconPytjon”、“Pyserial”等系統以及各串口。并在各串口中，應用Pyqtgraph，可以全面保障系統的界面以及坐標軸。并通過庫數據，形成格式化界面，以完成相互融合。以保障在多數情況下，其支持鼠標滾輪，并根據左右鍵操作，完成相關的圖形處理[8]。例如，在超聲波檢測設備中，可以通過拖移、平移等方法，結合Pyserial運作流程，制定相關顯示界面。具體操作情況，可以用Tkinter與Pyserial進行結合。針對于Tkinter而言，在集中Python窗口化設計模塊中，可以作為特定的具有GUI設置窗口界面，并基于TKinter實現直觀的安裝，具有以下優勢。

(1)Tkinter是Python自帶的，無需進行額外的二次安裝，其具有隨時使用的特性；

(2)Tkinter的具體實用模式非常便捷，具備非常簡潔的使用特征。作為Pyserial系統，其自身的開發工具具有基本、清晰、簡潔、明了的特征。

3.4 系統性能的測試

在調試過程中，可以選擇相關的虛擬串口軟件，并將其整體與軟件系統進行全面調試。再使用虛擬窗口，對軟件上位機增加相關的虛擬端口，可以將其設定為兩個端口。第1個端口發送相關數據；第2個端口則接受相關數據。且在實驗中，其相關的轉換芯片頻率為65 MHz。因此，AD轉換芯片可以根據數據的發射間隔進行設定。就一般而言，數據發射間隔的時間可以保持在1/65 M秒。在運行程序中，就整體的發射接口，延伸至接收端口。就相關的運行模式而言，二者可以表示接口連接成功。并就相關的技術，完成有效的發送，促使相關數據可以針對某項載體進行研究。例如，系統性的測試，可以對后續進行全面檢測。得到有效的回波數據，在探頭中，其頻率設置為5 MHz，可以清晰的觀測到鋼板的底面，并實現相關波度的有效分析[9]。

在檢測流程中，針對母材進行材料檢驗。利用超聲波檢測設備的軟件系統，以每隔90度進行有效觀測，以形成參考資料。對于焊接接頭的檢驗，可以分析其相關的評定線靈敏度，以保證探頭的掃描速度不超過150 mm/s，并根據檢測結果進行及時的評級，出具檢測報告。

此外，除常規的測試外，還需注意儀器的耗能。例如，針對于超聲波探頭。超聲波探頭可以吸收較大阻尼，保護固定內部元件。因此，需要考慮超聲波探頭的耗能現象。為了避免出現大規模耗能，在測試過程中可以使用標準試塊以及對比試塊，調整探測靈敏度，評價缺陷大小以及對于工件的相互影響。在使用中，還可加入耦合劑，消除探頭與工件表面的空氣，使超聲波能夠有效傳入工件，以便于檢測，減小探頭與工件表面的摩擦，延長探頭的使用壽命。

4 結束語

綜上所述，在針對綜合檢測技術過程中，本文采用了反射式檢測法，全面研究了Python的編程語言，并根據Python中的Pyserial程序編寫語言。在Python為基準，進行超聲波無損檢測系統的設置。針對于焊縫以及相關管道，可以設置系統的軟件部分，并完成程序的設計編。寫通過多樣性的方式，研發了自動連接串口以及需求接收，并保證相關的措施。在超聲波波形的分析檢測中，可以更有效的顯示超聲波檢測技術的精準性。并有效的完成數據處理功能，對相關數據進行儲存。通過二者的融合，以便為客戶完成基準設備的檢測，為相關領域的超聲波無損檢測系統的研究提供有效基礎。