石油钻杆接头超声波检测方法研究【论文】【15800字】【优秀机械毕业设计论文】

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关键词：: 石油钻杆接头超声波检测方法法子研究钻研论文优秀优良机械毕业设计

资源描述：

文档包括:
说明书一份,26页,15800字左右.
任务书.doc
开题报告.doc
外文翻译.doc
文献综述.doc
PPT答辩稿.ppt

任务书

毕业设计（论文）题目石油钻杆接头超声波检测方法研究
毕业设计（论文）主要内容和要求：

1、超声波检测机理研究
2、超声波检测新型发展及趋势研究
3、如何将超声波检测应用到石油钻杆接头检测中，以石油钻杆接头具体故障为例展开论述
4、论文一篇
毕业设计（论文）主要参考资料：
[1] 在役锅炉压力容器接管角焊缝超声波检测技术与装备[J]. 机电产品开发与创新, 1997,(03)
[2] 张志春. 薄壁管对接焊缝超声波检测与评定[J]. 石油工程建设, 1984, (05)
[3] 于文勇, 王立海, 杨慧敏, 张希栋. 超声波木材缺陷检测若干问题的探讨[J]. 森林工程, 2006,(06)
[4] 何汇. 常规超声波检测技术初步(续)[J]. 无损探伤, 2002,(02)
[5] 薛正林, 韩烨, 贾涛, 黄烈勇, 刘觉非. 焊缝超声波检测存在的问题及其技术改进措施[J]. 油气储运, 2005,(09)
[6] 黄磊, 李云龙. 管道环焊缝相控阵自动超声波检测技术[J]. 焊管, 2006,(04)
[7] 黄东流,韦介波,蓝飞. 汽车变速箱焊接齿轮的超声波探伤[J]无损检测, 2002,(04) .
[8] 郭平英. 一种新的金属功能零件分层快速制造技术研究[J]中北大学学报, 2006,(03) .
[9] 张恩君,王海波,范鸿宇,刘秀杰. 汽轮发电机转子齿根超声波探伤研究[J]哈尔滨理工大学学报, 2003,(04) .

毕业设计（论文）应完成的主要工作：
阅读中英文文献资料，研究超声波用于检测的原理，并完成对石油钻杆接头具体故障的检测实例研究，最后进行论文撰写。
毕业设计（论文）进度安排：
序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注
1 资料的查阅、收集、整理，并撰写文献综述、开题报告、外文资料翻译 12月5日—1月20日确定基本设计方案
2 超声波检测机理研究 1月21日—3月1日
3 石油钻杆接头实例故障超声波检测 3月2日—3月15日
4 撰写论文，整理相关表格资料 3月16日—4月20日
5 准备答辩

开题报告

课题性质设计□ 论文■ 课题来源科研□ 教学■ 生产□ 其它□
毕业设计（论文）题目石油钻杆接头超声波检测方法研究
研究目的及其意义：
随着现代社会工业化程度的高度发展，石油钻杆接头的检测问题已成为各国亟待解决的大课题。解决这个问题的根本措施在于行进中的石油钻杆自动跟踪检测，在危险距离内进行超声波检测。石油钻杆是油气井钻探所用钻具的主要组成部分, 在钻井时承受着拉伸、压缩、扭转弯曲以及冲击等各种交变应力的作用, 其内孔还受到高压泥浆的冲刷和腐蚀, 工况极为复杂，工作条件极其恶劣，因此石油钻杆接头的检测尤为重要。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而利用超声波设计的钻杆接头检测系统，可以实现探测到在盲区内障碍物的距离和方向。超声波检测电路往往比较迅速、方便、易于做到声光并茂的听觉和视觉警告，通过实时控制，可以游刃有余地让工作人员采取必要的动作措施，因此在石油钻杆接头的超声波检测的研制上，得到了实际的应用效果。
石油钻杆的超声波检测系统适用于各种型号的钻杆接头，优先用于接头为数字型，内平型，贯眼型三种。首先运用超声波管材探伤的一般方法，然后结合石油钻杆接头的特殊性，逐步提出解决其探伤问题的特殊方法。该套系统应用了微波雷达技术进行探测。即能够方便地知道或观察到以往难以目击的盲区中的物体，做到心中有数，及时防范，从而能集中精力，并采取有效的安全措施。是高科技的产物，它将伴随微电子、光纤、红外技术的进步而得到新的发展。其发展方向为满足,进一步增扩探检测离;降低成本和售价，形成反馈系统，具有极高的使用价值。然后通过超声波检测系统的组成和探伤数据的显示方式，并对数字图像处理的常用方法进行了简要的介绍，然后对实际探伤数据，根据本系统探伤的特点，提出了有效的图像处理和缺陷提取方法。通过对介绍了本探伤系统的应用，对系统实现自动探伤的整体流程作了概括性说明。最后对装置的整体效果作了客观的评价，并对其未来的应用领域和改进措施进行了讨论。
课题从实际的工程项目出发，逐一解决了接头检测存在的难点，最终实现钻杆接头的自动、高效检测。
研究现状：
超声波检测系统，应用广泛，目前在市场上呈现了一种各种档次并存，高低搭配的局面。因为它实用性强，技术成熟，所以发展很快。从纯电路模式到使用高速处理器；从单纯轰鸣器报警到显示器显示，语音报警。另外安装使用更加方便，精度及稳定性也有极大提高。在现实生活中的作用越来越大。
(1) 无损检测技术(11(NDT)，又称非破坏检查技术，它是以不损伤被检测物体为前提，利用材料的物理性质因有缺陷而发生变化这一事实，通过一定的检测手段来检测或测量、显示和评估相应的变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件直至生物等的性质、状态或内部结构等等。
(2) 超声波检测技术121是无损检测技术的一种，它利用超声波来研究物体内部的结构和缺陷，最早由苏联的萨哈诺夫于1929年提出来，经过几十年的发展，如今已经比较成熟我国从五十年代开始引进超声探伤技术对金属材料及其制品进行探伤。现在，该技术已在各个工业部门得到了普遍应用，并产生了大批的专业技术人员，进行了大量的研究开发工作，在某些方面已具有较高的水平。我国已经制定了各种探伤标准，促进了探伤工业的逐步规范化。
(3) 在四五十年代有了进一步的发展，它们使用了超声波探头、处理器、液晶荧屏显示器
这一代产品较前两代有了质的飞跃，特别是荧屏显示的使用表明开始出现动态显示系统。超声波探头及处理器就开始工作，显示器上就会出现所检测的接头动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。
(4) 在综合前几代的优点检测系统则使用超声波探头、处理器、魔幻镜显示器，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知石油钻杆接头，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒工作人员。免提电话结合起来，并设计了语音功能，是目前市面上比较先进的检测雷达系统。而且颜色款式多样，不过造价较高。
(5) 近些年则使用超声波探头、后视摄像机、控制器、监视器
超声波信号接入显示控制器，同时将视频监视子系统中的摄像探头信号接入显示控制器，通过安装的检测系统显示控制器的自动切换电路、字符叠加器、微处理器，将显示控制器的输出再接入监视器，这样实现自动切换图像、监视、超声波检测、自动报警等功能。超声无损检测是以超声波作为采集信息的手段，在不损坏被测对象的情况下探测其内部缺陷的方法。由于超声波独特的物理特性(穿透力强、集束性好、信息携带量大等)，使其易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断，因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到了广泛的应用。
生产超声波传感器的主要材料的价格一直居高不下，成为探测器推广应用的瓶颈。可以预见，随着新材料、新工艺在探测器制作中的应用，使低价格、高性能的探测器的实现和普及成为可能。由于现在国外的产品技术高，精度高，但是不适合中国的国情，而且价格昂。因此，特此研究一种高性能而且价格低廉的石油钻杆接头超声波检测系统，来适应当今国内行情。

预期结果：
完成对石油钻杆接头超声波检测的方法，熟练掌握单片机及超声波检测的相关知识，并且，通过本次毕业论文的撰写，会使我的各方面专业知识都有很大的提升，尤其是对设计的整体把握和资料的查阅整理等方面。

研究内容：
第一：掌握单片机的基础知识和超声波检测的相关知识
第二：系统硬件的电路设计
第三：系统软件的设计
第四：超声波发射器的选择
第五：通过查阅相关资料，分析影响超声波检测的误差的原因，提高系统精度。

研究方案：
通过查阅相关资料，进行对超声波检测机理和超声波检测新型发展及趋势的研究。然后在将超声波检测应用到石油钻杆接头检测中，以石油钻杆接头的具体故障为例展开论述。最后在阅读中英文文献资料，研究超声波用于检测的原理，并完成对石油钻杆接头具体故障的检测实例研究，最后进行论文撰写。

进度安排：
毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注
资料的查阅、收集、整理，并撰写文献综述、开题报告、外文资料翻译 12月5日—1月20日确定基本设计方案
超声波检测机理研究 1月21日—3月1日
石油钻杆接头实例故障超声波检测 3月2日—3月15日
撰写论文，整理相关表格资料 3月16日—4月20日
准备答辩 4月21日—5月1日

参考文献：
[1] 中国机械工程学会无损检测学会编．无损检溯概论[M]．北京：机械工业出版社。1993．
[2] 李文娟. 一种基于超声波的检测系统设计［J］.自动化博览，2007（6）.
[3] 应崇福．超声学[M]．北京：科学出版社，1993．
[4] 王晓娟.简易探测器的设计与实现［J］.科技信息(科学教研), 2008,(04).
[5] 中国无损检测学会．超声波探伤[M]．北京：机械工业出版社，1987．
[6] 马崇．超声波110FD检测技术[J]．华北电力技术，2003, (9)：31-33．
[7] 沈建中．超声波成像技术在无损检测中的应用[J]．无损检测，1994．
[8] 章毓晋．图像处理和分析基础[M]．北京：高等教育出版社，2002．7．
[9] 沈庭芝，方子文．数字图像处理及模式识别，1998．6
[10] 贺瑞强 ,王民. 基于AT89S51单片机的超声波检测系统的设计与研究［J］, 榆林学院学报, 2009, (02).

石油钻杆接头超声波检测方法研究
摘要
石油钻杆接头是石油开采中重要的专用部件之一。为保证在井下的安全使用，接头不允许有超过标准的缺陷存在。因此，对石油钻杆接头进行缺陷检测已成为其生产中不可缺少的环节。超声检测是应用于钻杆接头缺陷检测的主要方法之一。
由于钻杆接头的形状复杂、规格较多，同时从使用安全性考虑，又必须对横向和纵向缺陷进行100％探伤，因此，对钻杆接头进行超声波检测具有一定的难度。在实际生产中，大都采用手工探伤方式进行检测；而手工探伤存在生产效率低、探伤质量难等问题。所以，本课题设计了适用于实际生产的钻杆接头超声自动检测系统，它对保证钻杆接头的安全使用具有重要意义。
本论文主要分四部分讨论了对石油钻杆接头超声波检测方法的研究。
第一部分首先阐述了超声波管材探伤的一般方法，然后结合石油钻杆接头的特殊性，逐步提出解决其探伤问题的特殊方法。
第二部分首先介绍了超声波检测系统的组成和探伤数据的显示方式，并对数字图像处理的常用方法进行了简要的介绍；然后对实际探伤数据，根据本系统探伤的特点，提出了有效的图像处理和缺陷提取方法。
第三部分简要介绍了本探伤系统的应用，对系统实现自动探伤的整体流程作了概括性说明。
第四部分对装置的整体效果作了客观的评价，并对其未来的应用领域和改进措施进行了讨论。
论文从实际的工程项目出发，逐一解决了接头检测存在的难点，最终实现了钻杆接头的自动、高效检测。给出了系统的改进方案。
关键词：石油钻杆接头；探头组；探头架；图像处理；A扫描；B扫描

Abstract
Oil drill pipe joints is one of the specially designed components for oil exploration. In order to ensure safe use in underground, the connector does not allow more than the standard defects. Therefore, an indispensable component in the defect detection has become for the production of oil drill pipe joints. Ultrasonic testing is one of the main methods used in defect detection of drill pipe joints.
As the drill pipe joint of complex shape, high specifications: at the same time from the use of security considerations, and must be on the transverse and longitudinal defects were 100% flaw, therefore, on drill pipe joints by ultrasonic detection with a certain degree of difficulty. In practical production, mostly by manual inspection methods were detected; and manual testing in low production efficiency, difficult issues such as the inspection quality. Therefore, this paper developed a suitable for practical production of drill pipe ultrasonic automatic test system, it is to ensure the safe use of drill pipe joint has important significance.
This paper is mainly divided into four parts to discuss the petroleum drill rod joint of ultrasonic detection method research.
The second part introduces the ultrasonic detection system and the testing data is displayed, and the commonly used digital image processing methods are introduced briefly; then the actual testing data, according to the system flaw characteristic, put forward the effective image processing and defect extraction method.
The third part introduces the testing system application, on the system to realize the automatic flaw detection of the overall process of the general description.
The fourth part of the device 's overall effect to make objective evaluation, and the future of its application and improvement measures are discussed.
The paper from the actual project, solving the joint detection difficulties, finally realizes the automatic, efficient detection of drill pipe joint. the system improvement program.
Key words：Petroleum drill rod joint; probe; the probe bracket; image processing; A scanning; B scanning

目录
摘要 1
1 绪论 1
1.1 超声波检测的概要 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本论文的主要工作 2
2 超声波检测的基本原理 2
2.1 超声波传感器 2
2.2超声波探伤基本方法 3
2.3 超声波检测的常用方法 5
3 系统组成 7
3.1超声波检测技术 7
3.2检测系统的组成 8
3.3 数据显示方法 9
3.4探伤数据的显示 10
3.5 探伤图像处理及滤波算法 11
4 系统的硬件设计 13
4.1 单片机系统及显示电路 14
4.1.1 芯片74LS244 14
4.1.2 四位共阳极LED数码管 14
4.1.3 单片机系统及显示电路 15
4.2 超声波发射电路 15
4.2.1 超声波换能器 16
4.2.2 芯片74LS04 17
4.3 超声波检测接收电路 17
4.3.1 超声波检测接收电路 17
4.3.2 芯片CX20106A 18
5 系统的设计 19
5.1 主函数 21
5.2 超声波发生子函数和超声波接收中断函数 22
6软硬件调试及性能 23
6.1元器件的焊接 23
6.2 电路调试与分析 23
7结语 24
参考文献 25
致谢 26

内容简介：: 石油钻杆接头超声波检测方法研究答辩人：李博专业：机制指导老师：赵晓顺日期： 2012年 5月 20日 2 石油钻杆接头超声波检测方法研究超声波的物理知识超声波探伤仪系统的硬件系统的设计电路的调试 3 石油钻杆接头超声波检测方法研究研究的背景和意义：钻杆的检测技术其实是无损检测技术，又称非破坏检查技术，它是以不损伤被检测物体为前提，利用材料的物理性质因有缺陷而发生变化这一事实，通过一定的检测手段来检测或测量、显示和评估相应的变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件直至生物等的性质、状态或内部结构等等。 4 石油钻杆接头超声波检测方法研究研究现状：在四五十年代，超声波检测方法有了进一步的发展，它们使用了超声波探头、处理器、液晶荧屏显示器。这一代产品较前两代有了质的飞跃，特别是荧屏显示的使用表明开始出现动态显示系统。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。在综合前几代的优点检测系统，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知石油钻杆接头，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒工作人员。免提电话结合起来，并设计了语音功能，是目前市面上比较先进的检测雷达系统。不过造价较高。 5 石油钻杆接头超声波检测方法研究论文的主要工作：首先阐述了超声波管材探伤的一般方法，然后结合石油钻杆接头的特殊性，逐步提出解决其探伤问题的特殊方法。然后在介绍了超声波检测系统的组成和探伤数据的显示方式，并对数字图像处理的常用方法进行了简要的介绍，然后对实际探伤数据，根据本系统探伤的特点，提出了有效的图像处理和缺陷提取方法。简要介绍了本探伤系统的应用，对系统实现自动探伤的整体流程作了概括性说明。装置的整体效果作了客观的评价，并对其未来的应用领超声波检测方式方法和改进措施进行了讨论。论文从实际的工程项目出发，逐一解决了接头检测存在的难点，最终实现了钻杆接头的自动、高效检测。 6 石油钻杆接头超声波检测方法研究超声波的探伤方法：石油钻杆接头中常见的缺陷有裂纹、夹层、夹杂、折叠和翘皮等。由于工业上要求进行探伤的探头主要是工作在高温、高压条件下或有其它特殊用途，因此必须进行绝对严格的安全测试，且必须满足一定的测试精度。超声无损检测是以超声波作为采集信息的手段，在不损坏被测对象的情况下探测其内部缺陷的方法。由于超声波独特的物理特性 (穿透力强、集束性好、信息携带量大等 )，使其易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断，因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到了广泛的应用。本论文即使研究超声波对石油钻杆接头的检测方法。 7 超声波的几种波型一二三 8 一、纵波波的传播方向与质点移动方向相一致的，称为纵波，又称疏密波。 9 二、横波波的传播方向与质点移动方向相垂直的，称为横波，又称剪切波。 10 三、瑞利波在无限大固体介质与气体介质的交界面上可产生瑞利波 11 声速波长、声速 c，频率之间的关系 c= /T= 12 超声场的特征量一、声压：在有超声波传播的介质中，某一点在某一瞬间所具有的压强 0之差称为声压 P 即 P= 0 二、声强：在垂直于声波传播方向上，单位面积上在单位时间内所通过的声能量称为声强度，简称声强（或声的能流密度），并用符号表示， I=c（式中为介质密度， 13 三、声阻抗： P= 所以符号四、声压与声强的分贝（示 14 惠更斯原理波动起源于波源的振动，波的传播需借助于介质中质点之间的相互作用，对于连续的介质来说，任何一点的振动将引起相邻质点的振动。所以，波前在介质达到的每一点都可以看作一个新的波源（子波源）向前发出球面子波，这就是惠更斯原理。 15 超声波的散射和衍射波的散射：如果障碍物的尺寸小于超声波的波长，则波到达这障碍物后将使其成为新的波源而向四周发散波；如果障碍物的尺寸与超声波的波长近似，则超声波将发生不规则的的反射、折射与透射，这些现象均是波的散射波的衍射：如果障碍物的尺寸比超声波的波长大得多，声波可饶过障碍物的边缘不按原来的方向而弯曲向障碍物的后面传播，既存在绕射（衍射）现象 16 反射、折射和波型转换果超声波由一种介质以纵波（或横波）的形式以某一角度倾斜入射于异质界面，将会发生反射纵波（或横波），与此同时，由于波型转换，又可发生反射横波（或纵波） 17 二、折射若超声波的纵波（横波）倾斜入射于异质界面时，则透射波要发生波型转换产生折射纵波和折射横波。 18 临界角，全反射和反射波的位移纵波折射角度为 90度，工件中只存在横波横波折射角度为 90度，为表面波入射角等于反射角时 19 超声波探伤仪 20 21 探头部件的作用头中的换能器通常用压电晶片来制作的，实现电能和声能的转换 22 头晶片发出纵波，通过所设定的一不同倾斜角的斜楔射向试件表面，经波型转换可在试件中相应地产生横波、瑞利波或蓝姆波，以便用有机玻璃制作以增大晶片的振动阻尼，并吸收晶片背面发出的超声波，斜楔的前面浇有阻尼物质，用以吸收噪声 23 人工试块钻杆试块管体 24 钻杆试块 25 石油钻杆接头超声波检测方法研究芯片 74 74同相三态缓冲器 /线驱动器，其 4用在单片机为单片机的输入输出数据缓冲器，在选通时输入数据送到总线上，在非选通时对总线呈高阻态。 26 石油钻杆接头超声波检测方法研究超声波发射电路 27 石油钻杆接头超声波检测方法研究超声波接受电路 28 电路的调试供电电路是否正常是系统能否正常工作的前提，因此首先对电源部分进行调试，接上电源，测得电源电压输出应该是 5V。并且测得 0 足实际要求。超声波探伤器的制作和调试，其中超声波发射和接收采用15的超声波换能器中心频率为 40装时应保持两换能器中心轴线平行并相距 4 8余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。 29 结语超声波检测技术目前已经比较成熟，工业项目中用的也较多。随着工业应用对钢管质量要求的提高，对管材检测实施的超声检测要求和技术也在不断提高。例如，传统无缝钢管探伤中，主要是对纵向缺陷的检测，而现在越来越多的应用需要探测横向缺陷和对钢管进行测厚。相应地，也在无缝钢管探伤的技术上，人们开始研究和使用一些新的技术。例如，环形探头阵列技术，相控阵技术等。这也是钻杆接头及其类似工件超声波探伤方法研究的方向。 30 谢谢中国地质大学长城学院毕业设计（论文）任务书学生姓名李博学号 05208330 班级机制 0803 班指导教师赵晓顺职称讲师单位河北农业大学毕业设计（论文）题目石油钻杆接头超声波检测方法研究毕业设计（论文）主要内容和要求： 1、超声波检测机理研究 2、超声波检测新型发展及趋势研究 3、如何将超声波检测应用到石油钻杆接头检测中，以石油钻杆接头具体故障为例展开论述 4、论文一篇毕业设计（论文）主要参考资料： 1 在役锅炉压力容器接管角焊缝超声波检测技术与装备 J. 机电产品开发与创新 , 1997,(03) 2 张志春 . 薄壁管对接焊缝超声波检测与评定 J. 石油工程建设 , 1984, (05) 3 于文勇 , 王立海 , 杨慧敏 , 张希栋 . 超声波木材缺陷检测若干问题的探讨 J. 森林工程 , 2006,(06) 4 何汇 . 常规超声波检测技术初步 (续 )J. 无损探伤 , 2002,(02) 5 薛正林 , 韩烨 , 贾涛 , 黄烈勇 , 刘觉非 . 焊缝超声波检测存在的问题及其技术改进措施J. 油气储运 , 2005,(09) 6 黄磊 , 李云龙 . 管道环焊缝相控阵自动超声波检测技术 J. 焊管 , 2006,(04) 7 黄东流 ,韦介波 ,蓝飞 . 汽车变速箱焊接齿轮的超声波探伤 J无损检测 , 2002,(04) . 8 郭平英 . 一种新的金属功能零件分层快速制造技术研究 J中北大学学报 , 2006,(03) . 9 张恩君 ,王海波 ,范鸿宇 ,刘秀杰 . 汽轮发电机转子齿根超声波探伤研究 J哈尔滨理工大学学报 , 2003,(04) . 毕业设计（论文）应完成的主要工作：阅读中英文文献资料，研究超声波用于检测的原理，并完成对石油钻杆接头具体故障的检测实例研究，最后进行论文撰写。毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注 1 资料的查阅、收集、整理，并撰写文献综述、开题报告、外文资料翻译 12 月 5 日 1 月 20 日确定基本设计方案 2 超声波检测机理研究 1 月 21 日 3 月 1 日 3 石油钻杆接头实例故障超声波检测 3 月 2 日 3 月 15 日 4 撰写论文，整理相关表格资料 3 月 16 日 4 月 20 日 5 准备答辩课题信息：课题性质：设计论文课题来源：教学科研生产其它发出任务书日期：指导教师签名： 2011 年 12 月 6 日教研室意见：教研室主任签名：年月日学生签名：中国地质大学长城学院本科毕业论文外文资料翻译系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：李博学号： 05208330 2012 年 3 月 1 日 2 外文资料翻译译文无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验不见的表面和内部质量进行检查的一种检测手段，写机械振动在介质中的传播过程叫做波，人耳能够感受到频率高于 16 赫兹，低于 20000 赫兹的弹性波，所以在这个频率范围内的弹性波又叫声波。频率小于 10 赫兹的弹性波又叫次声波，频率高于 20000 赫兹的弹性波叫做超声波。次声波和超声波人耳都不能感受。超声波的特点： 1、超声波声束能集中在特定的方向上，在介质中沿直线传播，具有良好的指向性。 2、超声波在介质中传播过程中，会发生衰减和散射。 3、超声波在异种介质的界面上将产生反射、折射和波型转换。利用这些特性，可以获得从缺陷界面反射回来的反射波，从而达到探测缺陷的目的。 4、超声波的能量比声波大得多。 5、超声波在固体中的传输损失很小，探测深度大，由于超声波在异质界面上会发生反射、折射等现象，尤其是不能通过气体固体界面。如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷（缺陷中有气体）或夹杂，超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射。反射回来的超声波被探头接收，通过仪器内部的电路处理，在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形。可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件重的深度、位置和形状。超声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对缺陷进行定位和定量。超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤技术难度大，容易受到主客观因素影响，以及探伤结果不便于保存，超声波检测对工作表面要求平滑，要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、适合于厚度较大的零件检验，使超声波探伤也具有其局限性。超声波探伤仪的种类繁多，但脉冲反射式超声波探伤仪应用最广。一般在均匀材料中，缺陷的存在将造成材料不连续，这种不连续往往有造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的界面上会发生反射。反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。脉冲反射式超声波探伤仪大部分都是 A 扫描式的，所谓 A 扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅 3 值。譬如，在一个工件中存在一个缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后就会发生反射，反射回来的能量又被探头接收到，在显示器屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷波在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。钻杆接头和转换接头 (以下简称接头 )是石油钻柱的重要构件近年来，随着我国石油工业的飞速发展，接头用量逐年增加。但是，由于国产接头质量不高，导致接头断裂事故频繁发生。根据石油管材研究中心对华北、胜利、大庆、中原、大港、吉林、新疆等油田的现场调查， 1984 1986 年国产接头的断裂事故达 100 多起。接头的大量失效，造成了严重的经济损失例如，中原油田一中美合作钻井队于 1986 年 4 月发生一起国产转换接头断裂事故，直接经济损失达 40 多万美元据估计，全国每年因接头断裂而造成的经济损失在元以上。由此可见，提高接头质量，对于减少接头早期失效事故，提高钻井效率和石油工业的经济效益，具有十分重要的意义。接头的服役条件比较恶劣，在使用过程中要承受拉伸、扭转、弯曲、振动、冲击等多种复杂载荷的作用。根据接头的服役条件，要求接头具有较高的强度和良好的塑韧性，为了达到这一要求，国外在接头选材及热处理方面采取了一系列措施，用钢主要采用 4100 系列 (，主要牌号有 4。我国合金钢系列基本上是从苏联准中移植过来的，与美国合金结构钢系列差别很大在 82 中虽然也有录列，但含碳量和主要合金元素配比与 4100 系列相差颇丸往往难以替代。以国勺用来生产接头的主要钢种 35例，碳、锰含量与 44140H 相差较大，即使采用含碳量较高的 42，由于锰含量较低，淬透性也达不到 4140H 的水平。在热处理工艺方面，国外接头生产厂普遍采用可控气氛炉加热，在接头内外表面加工完后进行光亮淬火。国内接头热处理多采用普通空气炉加热，淬火时接头内外表面均留有较大的加工余量，对热处理效果有很大的影响从对国内外接头热处理条件的对比分析可知，国内对接头用钢的淬透性应比国外有更高的要求目前，国内接头用钢十分混乱除一些专业生产厂采用 35，一些地方小厂甚至采用 4530淬透性很差的钢种，有些甚至不经热处理。近年来，找们从全国各袖珥收集了近百件接头断裂失效样品，对这些失效接头的分析结果表明，绝大多效属于低应力脆断造成接头低应力脆断的根本原因是韧性太差绝大多数断裂接头的韧性指标 C 在 30J 以下，有的还不足 10 J失敷分析还表明，低韧 4 性往往与不良的显馓组织相对应这些接头的显微组织为回火索氏体 +上贝氏体 +铁索体或铁索体 +珠光体，晶粒粗大这说明，接头韧性差的最终原因是选材及热处理不当造成的。国外接头 (主要是钻杆接头 )主要选择日本、美国等用 4137H 或 4140H 生产的接头及德国用 36产的接头 26 只 4100 系列接头的解剖分析结果 (见图 3)表明，接头的强度指标较高，平均夏比 V 形缺口冲击功 78 5J，绝太多效接头的韧性指标 C 在 54J 以上。 7 只 36头的解剖分析结果表明，在强度指 _标与 4137H 或4140H 接头接近或略高的情况下，韧性指标较高，达 91 6 J，全部试样的 c 值在 54口形貌转化湿度均较低 (仅占 3；强度与韧性指标二者之一不符合要求的各占 25 5；强度与韧性指标均不符合要求的占 46；断口形貌转化温度较高 (o24- )对比分析表明，德国采用的 36是生产接头的较好钢种国内采用 35钢，在现行热处理条件下难以满足接头的性能要求。从对国外接头的解剖分析结果来看，德国 36头性能较好，这与它的高淬透性密切相关前已述及，由于国内接头生产条件的限制，对接头用钢的淬透性应有更高的要求。因此，钢种的淬透性应作为选材的主要依据同时，应考虑热处理工艺性能和经济性。就淬透性而言， 4040德国 36较接近从性能角度考虑，上述几种材料经过正确的热处理，常规性能基本一致。所不同的是含镍钢的低温韧性较好。从热处理工艺性能来看， 36 4两种钢比较成熟，热处理工艺性能比较稳定从上述试验结果来看，加的热处理工艺性良好，完全可以满足接头的性能要求而且 40合我国资源情况，价格便宜。因此， 406 40产接头根据上述对比分析， 36国内 36应不足的情况下，可用符合我国资源情况的 40替 36产接头为了降低生产成本，对一些小规格的转按接头( 54J to %; of in of do 6%; is o 24 ). 6is a of 5to of 6is to be as of At be in on 40406of 9 of is of 36is is of 0in of 40be of 60to 36is a of 36of 06In to to to 127, 52We In to a of be 1, 7 of by 60, 000 of 0in 5, At of A of of 00. of to of 00 to to O. to 00000 of 000000 to 0000 0080 400000 In to is in of of is of 6400 中国地质大学长城学院本科毕业设计题目石油钻杆接头超声波检测方法研究系别工程技术系专业机械设计制造及其自动化学生姓名李博学号 05208330 指导教师赵晓顺职称讲师 2012 年 05 月 01 日中国地质大学长城学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名李博学号 05208330 专业班级 08 机制 3 班指导教师赵晓顺职称讲师单位河北农业大学课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计（论文）题目石油钻杆接头超声波检测方法研究研究目的及其意义：随着现代社会工业化程度的高度发展，石油钻杆接头的检测问题已成为各国亟待解决的大课题。解决这个问题的根本措施在于行进中的石油钻杆自动跟踪检测，在危险距离内进行超声波检测。石油钻杆是油气井钻探所用钻具的主要组成部分 , 在钻井时承受着拉伸、压缩、扭转弯曲以及冲击等各种交变应力的作用 , 其内孔还受到高压泥浆的冲刷和腐蚀 , 工况极为复杂，工作条件极其恶劣，因此石油钻杆接头的检测尤为重要。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而利用超声波设计的钻杆接头检测系统，可以实现探测到在盲区内障碍物的距离和方向。超声波检测电路往往比较迅速、方便、易于做到声光并茂的听觉和视觉警告，通过实时控制，可以游刃有余地让工作人员采取必要的动作措施，因此在石油钻杆接头的超声波检测的研制上，得到了实际的应用效果。石油钻杆的超声波检测系统适用于各种型号的钻杆接头，优先用于接头为数字型，内平型，贯眼型三种。首先运用超声波管材探伤的一般方法，然后结合石油钻杆接头的特殊性，逐步提出解决其探伤问题的特殊方法。该套系统应用了微波雷达技术进行探测。即能够方便地知道或观察到以往难以目击的盲区中的物体，做到心中有数，及时防范，从而能集中精力，并采取有效的安全措施。是高科技的产物，它将伴随微电子、光纤、红外技术的进步而得到新的发展。其发展方向为满足 ,进一步增扩探检测离 ;降低成本和售价，形成反馈系统，具有极高的使用价值。然后通过超声波检测系统的组成和探伤数据的显示方式，并对数字图像处理的常用方法进行了简要的介绍，然后对实际探伤数据，根据本系统探伤的特点，提出了有效的图像处理和缺陷提取方法。通过对介绍了本探伤系统的应用，对系统实现自动探伤的整体流程作了概括性说明。最后对装置的整体效果作了客观的评价，并对其未来的应用领域和改进措施进行了讨论。课题从实际的工程项目出发，逐一解决了接头检测存在的难点，最终实现钻杆接头的自动、高效检测。研究现状：超声波检测系统，应用广泛，目前在市场上呈现了一种各种档次并存，高低搭配的局面。因为它实用性强，技术成熟，所以发展很快。从纯电路模式到使用高速处理器；从单纯轰鸣器报警到显示器显示，语音报警。另外安装使用更加方便，精度及稳定性也有极大提高。在现实生活中的作用越来越大。 (1) 无损检测技术 (11(又称非破坏检查技术，它是以不损伤被检测物体为前提，利用材料的物理性质因有缺陷而发生变化这一事实，通过一定的检测手段来检测或测量、显示和评估相应的变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件直至生物等的性质、状态或内部结构等等。 (2) 超声波检测技术 121是无损检测技术的一种，它利用超声波来研究物体内部的结构和缺陷，最早由苏联的萨哈诺夫于 1929年提出来，经过几十年的发展，如今已经比较成熟我国从五十年代开始引进超声探伤技术对金属材料及其制品进行探伤。现在，该技术已在各个工业部门得到了普遍应用，并产生了大批的专业技术人员，进行了大量的研究开发工作，在某些方面已具有较高的水平。我国已经制定了各种探伤标准，促进了探伤工业的逐步规范化。 (3) 在四五十年代有了进一步的发展，它们使用了超声波探头、处理器、液晶荧屏显示器这一代产品较前两代有了质的飞跃，特别是荧屏显示的使用表明开始出现动态显示系统。超声波探头及处理器就开始工作，显示器上就会出现所检测的接头动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。 (4) 在综合前几代的优点检测系统则使用超声波探头、处理器、魔幻镜显示器，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知石油钻杆接头，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒工作人员。免提电话结合起来，并设计了语音功能，是目前市面上比较先进的检测雷达系统。而且颜色款式多样，不过造价较高。 (5) 近些年则使用超声波探头、后视摄像机、控制器、监视器超声波信号接入显示控制器，同时将视频监视子系统中的摄像探头信号接入显示控制器，通过安装的检测系统显示控制器的自动切换电路、字符叠加器、微处理器，将显示控制器的输出再接入监视器，这样实现自动切换图像、监视、超声波检测、自动报警等功能。超声无损检测是以超声波作为采集信息的手段，在不损坏被测对象的情况下探测其内部缺陷的方法。由于超声波独特的物理特性 (穿透力强、集束性好、信息携带量大等 )，使其易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断，因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到了广泛的应用。生产超声波传感器的主要材料的价格一直居高不下，成为探测器推广应用的瓶颈。可以预见，随着新材料、新工艺在探测器制作中的应用，使低价格、高性能的探测器的实现和普及成为可能。由于现在国外的产品技术高，精度高，但是不适合中国的国情，而且价格昂。因此，特此研究一种高性能而且价格低廉的石油钻杆接头超声波检测系统，来适应当今国内行情。预期结果：完成对石油钻杆接头超声波检测的方法，熟练掌握单片机及超声波检测的相关知识，并且，通过本次毕业论文的撰写，会使我的各方面专业知识都有很大的提升，尤其是对设计的整体把握和资料的查阅整理等方面。研究内容：第一：掌握单片机的基础知识和超声波检测的相关知识第二：系统硬件的电路设计第三：系统软件的设计第四：超声波发射器的选择第五：通过查阅相关资料，分析影响超声波检测的误差的原因，提高系统精度。研究方案：通过查阅相关资料，进行对超声波检测机理和超声波检测新型发展及趋势的研究。然后在将超声波检测应用到石油钻杆接头检测中，以石油钻杆接头的具体故障为例展开论述。最后在阅读中英文文献资料，研究超声波用于检测的原理，并完成对石油钻杆接头具体故障的检测实例研究，最后进行论文撰写。进度安排：毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注资料的查阅、收集、整理，并撰写文献综述、开题报告、外文资料翻译 12 月 5 日 1 月 20 日确定基本设计方案超声波检测机理研究 1 月 21 日 3 月 1 日石油钻杆接头实例故障超声波检测 3 月 2 日 3 月 15 日撰写论文，整理相关表格资料 3 月 16 日 4 月 20 日准备答辩 4 月 21 日 5 月 1 日参考文献： 1 中国机械工程学会无损检测学会编无损检溯概论 M北京：机械工业出版社。 1993 2 李文娟 . 一种基于超声波的检测系统设计 J 2007（ 6） . 3 应崇福超声学 M北京：科学出版社， 1993 4 王晓娟 J 科学教研 ), 2008,(04). 5 中国无损检测学会超声波探伤 M北京：机械工业出版社， 1987 6 马崇超声波 110测技术 J华北电力技术， 2003, (9)： 31 7 沈建中超声波成像技术在无损检测中的应用 J无损检测， 1994 8 章毓晋图像处理和分析基础 M北京：高等教育出版社， 2002 7 9 沈庭芝，方子文数字图像处理及模式识别， 1998 6 10 贺瑞强 ,王民 . 基于片机的超声波检测系统的设计与研究 J , 榆林学院学报 , 2009, (02). 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日中国地质大学长城学院本科毕业设计（论文）文献综述系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：李博学号： 05208330 2012 年 3 月 1 日 2 1 引言目前超声波探伤技术的成果以及技术经济指标以趋于成熟阶段，针对接管角焊缝属于空间相贯的马鞍形曲线 ,探头扫查面均为曲面的特点 ,研究了变曲面缺陷的定位和定量技术。研制了接管内孔、简体外壁自动探伤设备 ,以增加对接管角焊缝的探测方向 ,提高缺陷的检出率。研究解决了具有缺陷信号的自动采集、处理、贮存及缺陷图像显示和探伤报告打印功能的计算机硬软件系统。完成了工业环境的抗干扰试验 ,以提高计算机系统的可靠性。该成果通过对上述问题的解决 ,开发出接管角焊缝定型的自动超生波探伤设备 ,填补了国内空白 ,达到世界先进水平。经济、社会、环境效益及推广应用前景：目前在中国投入运行的近 130万台容器的接管角焊缝还没有可靠的检验方法和手段 ,该专题研究的接管角焊缝的探伤技术和设备 ,可以控制压力容器制造过程的质量 ,提高焊缝的完好性 ,更重要的是可以对在运行中的 100 万多台在役压力容器接管角焊缝进行定量地监督检验和缺陷测定 ,给压力容器的安全评估提供准确和可靠的原始数据 ,从而保证了容器的安全运行。成果转化的可行性，一套完整的接管角焊缝探伤技术、检验标准和配套的检测设备 ,可以有计划分期分批地推广到压力容器的制造、安装、使用和监检单位。国内锅炉压力容器制造厂约 2000 多个 ,拥有锅炉压力容器的企业约 40多万家 ,安装单位几百家 ,如果按 1/1000的需求量计算 ,可推广供应约 400台套以上的探伤技术与设备 ,至少可创造约 400 万元以上的直接经济效益。为达到早日应用于生产的目的 ,可计划小批量生产 5自动探伤机 ,并以课题继续滚动的形式建成自动探伤机的中试生产基地。 2 超声波木材缺陷检测若干问题的探讨应用超声波技术对木材缺陷进行检测的研究成果如下： K A R G M w W J L 野外实地检测中可以对木梁的强度进行评估；吕立仁和陈兆斌用天津建筑仪器厂生产的 4 型超声波检测仪，对大兴安岭樟子松、落叶松的心材及腐朽木材进行检测，结果得出超声波检测木材，从声速、振幅和频率均能反映出木材内部缺陷的在及其位置 8。超声波木材检技术取得了一定的进展，由于木材本身的各向异性及其检测的复杂性，应用超声波在木材缺陷检测的技术方面仍有很多技术需要进一步研究。在超声波非金属缺陷检测中，木材检测是其中的一个具体的应用。由于超声波传播的特性，在木材检测时使用的超声探头直径的大小、频率的高低、探头发射功率的 3 大小以及探头在木材上的施测方向 (在木材的轴向还是横截面上的径向和弦向施加探头 )等因素，对测试结果都有影响，检见所得的数据各有不同。 3 超声探头直径参数对木材缺陷检测效果的影响超声波检测技术的优点之一是其指向性好，有利于缺陷的检测与对缺陷的定性和定量检测。超声波的指向性与超声探头的半扩散角密切相关，探头的半扩散角越小，指向性也越好。超声探头的半扩散角与探头的直径成反比。所以，为了提高超声探头的指向性，探头的直径在允许的条件下都做的尽量的大，特别是非金属探头，直径已达 50于非金属超声探头的直径较大，在对木材试件进行超声波榆测时，造成了接触面大而引起一些的问题。常用的木材试件一般为板材或原术，截面尺寸有限。由于超声波在一个尺寸不大的介质中传播时，对声波传播的影响因素很多。其中，声波探头直径的大小是一个重要影响因素。超声纵波平面探头的声场是一个圆盘形声源形成的复合声场，圆盘声源上每一微元都可以看成单一点声源，超声波是这些无数点声源叠加成的复频波 (复合频率波 )。超声波是以波前为首的一系列不同相位波阵面组成的复频波。波前是一个不规则曲面，面上的哪一点先与接收探头接触是无法得知的，探头直径越大，波前曲面与探头平面可接触点越多，也就是说不确定因素越多。由此可见，探头直径越小，检测准确性越高。超声波检测技术是用首波声时和幅值判定缺陷。接收探头最先接收到的声波信号是探头接触平面上某一点最先到达的超声波波前信号，形成超声仪接受的首波信号。后续波会与先期到达的波列叠加产生的叠加信号，其中包含了木材内部的各种信息。由于后续波形成的复杂性，对后续波形的分析就十分复杂，这是超声波检测分析中以首波声时和幅值为首要判据的原因。在木材轴向实施超声波缺陷检测时，波阵面要穿过木材所有缺陷位置。由于木材轴向对超声波的衰减小，声能通过木材没有缺陷的地方以较快的速度传播；另外，由于探头的接收面较大，任意一点先期到达的波都会使接收探头得到激发并由此产生电信号。这样使缺陷检测的敏感性和定位的准确性降低。为提高检测的精度和准确性，方法之一是使用灵敏度更高的直径更小的探头；其二是减少接收探头与木材端面的接触面积，如在探头前加圆锥形的前端，减小波前与探头的接触面，提高检测的准确性。为了解决金属功能零件分层实体制造中成型精度和强度的问题 ,提出了一种基于大厚度切片的金属功能零件分层制造的概念通过综合优化和正反两面切割最大限度地提高每一层板允许的厚度并进行标准化 ,用数控机床完成金属层板的切割 ,采用真空固态压力热扩散焊 ,实现金属层板之间的连接 ,以有效提高零件的强度和加工效率 4 4 超声波频率和波长参数对木材缺陷检测效果的影响木材缺陷的超声波检测属于非金属探测，非金属与金属探测的区别之一是超声探头频率的不同。非金属探头主频率与金属探头的相比，频率要小的多。因为组成金属材料的晶粒要比非金属的小得多，高频声能在金属中传播的衰减小。金属几乎都是各向同性材料，不受探头的检测方向的影响，因而高频率的超声波适合缺陷的检测。而许多非金属材料是各向异性材料，检测时探头的检测方向对检测结果各有影响。木材是各向异性的非金属材料。由于木材自身的生长特性和其含水量不同，木材对超声波有明显的吸收作用，声波信号在木材中衰减很快。为缺陷检测需要，木材缺陷检测所使用的超声波平面探头的频率相对就低些。实验表明：当频率于 20 ，超声波的传播距离远，有利于接收探头对信号的接收。有时为了提高对缺陷的检时有必要加大探头的功率。超声波木材缺陷检测与其他非金属探伤一样，被测物相当于一个对超声波的滤波器。由于超声波是一个有一定带宽的脉冲波，是电脉冲产生的复频波，包含了一系列不同频率成分余弦波分量，主频就是超声波中幅值最大的波的频率。由于超声波在传播时不同频率的波传播速度不同，高频率的波传播速度高于低频率波的速度。另外，频率高的波速有下降的趋势。因此超声波随着传播距离的增加，主频率有向下漂移的现象，称为频漂。所以被检测木材的尺寸越大，接受到的波的主频就有降低的趋势，检测木材使用的超声波频率不宜太低。超声检测无论是在金属探伤领域，还是在非金属检测领域，耦合剂是不可缺少的。由于非固体物质只能传播纵波的性质，耦合剂的使用不仅使超声波能很好的传播，还可以避免横波对检测的于扰 8。木材是固体物质，由于其弹性摸量小，强度和硬度都低，检测时虽需要耦合，但耦合方式可以多样。在基于平面探头的锥型前端可以钉入木材中 (无论是在轴向还是横断面上的径向或弦向 )，在这种情况下，术材与探头的圆锥体紧密接触。如果木材是新鲜的 (活立木或是采伐后不久的 )，还有木浆在木材与探头的圆锥体间，这样很好地解决了检测中的耦合问题。 5 研究启发本课题主要是通过超声波系统与单片机来实现探伤和距离的测量，从而实现预先提示，减少钻杆因为疲劳强度而断裂所产生的一系列的问题。我做的是石油钻杆的超声波检测的设计，主要是使用单片机语言编程实现超声波测距系统与单片机之间的串行通信及显示钻杆的寿命和下钻的距离。在整个设计过程中要熟悉单片机芯片和超声波测距系统的工作原理以及所使用单片机的各个管脚及其功 5 能。以上的这些都是在毕业设计期间所学的知识的利用。这不仅是对于本课题的设计与实现更是对于自己学习能力和动手能力的一次考验。参考文献： 1 张志春 . 薄壁管对接焊缝超声波检测与评定 J. 石油工程建设 , 1984, (05):1102 于文勇 , 王立海 , 杨慧敏等 . 超声波木材缺陷检测若干问题的探讨 J. 森林工程 , 2006,(06):3263 何汇 . 常规超声波检测技术初步 (续 )J. 无损探伤 , 2002,(02):1594 薛正林 , 韩烨 , 贾涛等 . 焊缝超声波检测存在的问题及其技术改进措施 J. 油气储运 , 2005,(09):2795 黄磊 , 李云龙 . 管道环焊缝相控阵自动超声波检测技术 J. 焊管 , 2006,(04):756 黄东流 ,韦介波 ,蓝飞 . 汽车变速箱焊接齿轮的超声波探伤 J无损检测 , 2002,(04):3467 郭平英 . 一种新的金属功能零件分层快速制造技术研究 J中北大学学报 , 2006,(03): 1338 张恩君 ,王海波 ,范鸿宇等 . 汽轮发电机转子齿根超声波探伤研究 J哈尔滨理工大学学报 , 2003,(04):629冯若主编超声手册 M南京大学出版社， 2001 石油钻杆接头超声波检测方法研究摘要石油钻杆接头是石油开采中重要的专用部件之一。为保证在井下的安全使用，接头不允许有超过标准的缺陷存在。因此，对石油钻杆接头进行缺陷检测已成为其生产中不可缺少的环节。超声检测是应用于钻杆接头缺陷检测的主要方法之一。由于钻杆接头的形状复杂、规格较多，同时从使用安全性考虑，又必须对横向和纵向缺陷进行 100探伤，因此，对钻杆接头进行超声波检测具有一定的难度。在实际生产中，大都采用手工探伤方式进行检测；而手工探伤存在生产效率低、探伤质量难等问题。所以，本课题设计了适用于实际生产的钻杆接头超声自动检测系统，它对保证钻杆接头的安全使用具有重要意义。本论文主要分四部分讨论了对石油钻杆接头超声波检测方法的研究。第一部分首先阐述了超声波管材探伤的一般方法，然后结合石油钻杆接头的特殊性，逐步提出解决其探伤问题的特殊方法。第二部分首先介绍了超声波检测系统的组成和探伤数据的显示方式，并对数字图像处理的常用方法进行了简要的介绍；然后对实际探伤数据，根据本系统探伤的特点，提出了有效的图像处理和缺陷提取方法。第三部分简要介绍了本探伤系统的应用，对系统实现自动探伤的整体流程作了概括性说明。第四部分对装置的整体效果作了客观的评价，并对其未来的应用领域和改进措施进行了讨论。论文从实际的工程项目出发，逐一解决了接头检测存在的难点，最终实现了钻杆接头的自动、高效检测。给出了系统的改进方案。关键词：石油钻杆接头；探头组；探头架；图像处理； il is of In to in an in of is of in of As of at of be on 00% on by a of In by in as a of it is to of is to of is to on to of of of s to of of A B 目录摘要 . 1 1 绪论 . 1 声波检测的概要 . 1 内外研究现状 . 1 论文的主要工作 . 2 2 超声波检测的基本原理 . 2 声波传感器 . 2 . 3 声波检测的常用方法 . 5 3 系统组成 . 7 . 7 . 8 据显示方法 . 9 . 10 伤图像处理及滤波算法 . 11 4 系统的硬件设计 . 13 片机系统及显示电路 . 14 片 74. 14 位共阳极 . 14 片机系统及显示电路 . 15 声波发射电路 . 15 声波换能器 . 16 片 74. 17 声波检测接收电路 . 17 声波检测接收电路 . 17 片 . 18 5 系统的设计 . 19 函数 . 21 声波发生子函数和超声波接收中断函数 . 22 6软硬件调试及性能 . 23 . 23 路调试与分析 . 23 7结语 . 24 参考文献 . 25 致谢 . 25 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 1 1 绪论声波检测的概要无损检测技术，又称非破坏检查技术，它是以不损伤被检测物体为前提，利用材料的物理性质因有缺陷而发生变化这一事实，通过一定的检测手段来检测或测量、显示和评估相应的变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件直至生物等的性质、状态或内部结构等等。超声波检测技术是无损检测技术的一种，它利用超声波来研究物体内部的结构和缺陷，最早由苏联的萨哈诺夫于 1929 年提出来，经过几十年的发展，如今已经比较成熟。我国从五十年代开始引进超声探伤技术对金属材料及其制品进行探伤。现在，该技术已在各个工业部门得到了普遍应用，并产生了大批的专业技术人员，进行了大量的研究开发工作，在某些方面已具有较高的水平。我国已经制定了各种探伤标准，促进了探伤工业的逐步规范化。本论文讨论超声波无损检测技术在检测中的应用。石油钻杆接头作为公母螺栓是连接石油钻杆管体的关键部件。由于钻杆一般在几百、几千米的地下、极为复杂的地质条件下钻井，承受了拉、压、扭、冲、剪等各种作用力，甚至还将承受瞬间的突变载荷。作为管体与管体之间的连接件，在打井的过程中承受了比管体更加恶劣的工况条件、更复杂的应力，其质量的优劣直接关系到石油钻探的成败。因此，钻杆接头的质量优劣关系重大，出厂前必须对其进行全面的无损检测。钻杆接头用钢主要分油淬钢种和水淬钢种，国内各大油田现主要使用油淬调质 36外通常使用水淬调质钢。考虑到钻杆接头的材质及检测要求，以及超声波无损检测的主要特点 (易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断 )，本课题我们使用超声波对石油钻杆接头进行在线检测。内外研究现状在四五十年代，超声波检测方法有了进一步的发展，它们使用了超声波探头、处理器、液晶荧屏显示器。这一代产品较前两代有了质的飞跃，特别是荧屏显示的使用表明开始出现动态显示系统。超声波探头及处理器就开始工作，显示器上就会出现所检测的接头动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。在综合前几代的优点检测系统则使用超声波探头、处理器、魔幻镜显示器，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知石油钻杆接头，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒工作人员。免提电话结合起来，并设计了语音功能，是目前市面上比较先进的检测雷达系统。而且颜色款式多样，不过造价较高。近些年则使用超声波探头、后视摄像机、控制器、监视器，超声波信号接入显示控制器，同时将视频监视子系统中的摄像探头信号接入显示控制器，通过安装的检测系统显示控制器的自动切换电路、字符叠加器、微处理器，将显示控制器的输出再接入监视器，这样实现自动切换图像、监视、超声波测距、自动报警等功能。超声无损检测是以超声波作为采集信息的手段，在不损坏被测对象的情况下探测其内部缺陷的方法。由于超声波独特的物理特性 (穿透力强、集束性好、信息携带量大等 )，使其易于实现快速准确的在线无损石油钻杆接头超声波检测方法研究 2 检测和无损诊断，因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到了广泛的应用。生产超声波传感器的主要材料的价格一直居高不下，成为探测器推广应用的瓶颈。可以预见，随着新材料、新工艺在探测器制作中的应用，使低价格、高性能的探测器的实现和普及成为可能。由于现在国外的产品技术高，精度高，但是不适合中国的国情，而且价格昂。因此，特此研究一种高性能而且价格低廉的石油钻杆接头超声波检测系统，来适应当今国内行情。论文的主要工作石油钻杆接头是石油开采中重要的专用部件之一。为保证在井下的安全使用，接头不允许有超过标准的缺陷存在。因此，对石油钻杆接头进行缺陷检测已成为其生产中不可缺少的环节。超声检测是应用于钻杆接头缺陷检测的主要方法之一。由于钻杆接头的形状复杂、规格较多；同时从使用安全性考虑，又必须对横向和纵向缺陷进行 100探伤，因此，对钻杆接头进行超声检测具有一定的难度。在实际生产中，大都采用手工探伤方式进行检测；而手工探伤存在生产效率低、探伤质量难以保证等问题。所以，本课题研发了适用于实际生产的钻杆接头超声自动检测系统，它对保证钻杆接头的安全使用具有重要意义。本论文主要研究和讨论了对石油钻杆接头超声波检测方法的研究。首先阐述了超声波管材探伤的一般方法，然后结合石油钻杆接头的特殊性，逐步提出解决其探伤问题的特殊方法。然后在介绍了超声波检测系统的组成和探伤数据的显示方式，并对数字图像处理的常用方法进行了简要的介绍，然后对实际探伤数据，根据本系统探伤的特点，提出了有效的图像处理和缺陷提取方法。简要介绍了本探伤系统的应用，对系统实现自动探伤的整体流程作了概括性说明。装置的整体效果作了客观的评价，并对其未来的应用领超声波检测方式方法和改进措施进行了讨论。论文从实际的工程项目出发，逐一解决了接头检测存在的难点，最终实现了钻杆接头的自动、高效检测。 2 超声波检测的基本原理声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为 2020000 声波的振动频率大于 20小于 20，我们便听不见了。因此，我们把频率高于 20000 赫兹的声波称为 “超声波 ”。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 3 声波探伤基本方法石油钻杆接头中常见的缺陷有裂纹、夹层、夹杂、折叠和翘皮等。由于工业上要求进行探伤的探头主要是工作在高温、高压条件下或有其它特殊用途，因此必须进行绝对严格的安全测试，且必须满足一定的测试精度。超声无损检测是以超声波作为采集信息的手段，在不损坏被测对象的情况下探测其内部缺陷的方法。由于超声波独特的物理特性 (穿透力强、集束性好、信息携带量大等 )，使其易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断，因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到了广泛的应用。本论文即使研究超声波对石油钻杆接头的检测方法。由于探头在热轧或冷拔过程中沿轴线方向的压延伸长，其受力和变形主要在厚度方向上，从而造成缺陷方向大多数与管材轴线平行 (轴向缺陷 )。因此在探头探伤中，本着声束轴线与缺陷反射面垂直的原则，一般采用垂直于管轴的空间斜入射的横波探伤法，如图 2于小径管的探伤，为了解决耦合闯题，一般采用水浸法；对于大径管的探伤，耦合和补偿问题比较容易解决，可以采用直接接触法探伤。超声波管材轴向缺陷的探伤是有条件的，其入射角的确定原则是既能在钢管中产生纯横波，又能探测到管内外壁缺陷。如图4所示管材探伤中，为了使折射纵波不进入管内，则需要声束入射角大于第一临界角，既 211 2中图 2行于管轴的径向缺陷的探测方法石油钻杆接头超声波检测方法研究 4 图 2伤入射角范围同时，为了检测管内壁的的缺陷，折射横波必须投射到内壁上，因此，折射的横波的折射角必须满足： 2射角必须满足： )1(s 2 2中，射横波在钢管中的声速。综上，要用单一横波进行管材探伤且可同时探得内外壁缺陷，范围必须满足式下式： )1(s 1 221(21 t 2国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 5 据此，可进一步推得单横波管材探伤的条件为 (t 为管材壁厚， D 为管材外径 )：即探头壁厚之比必须小于 0 5(1于钢管而言，（ t/D际探伤中，一般认为，管材横波探伤的 t/0。声波检测的常用方法超声无损检测是以超声波作为采集信息的手段，在不损坏被测对象的情况下探测其内部缺陷的方法。由于超声波独特的物理特性 (穿透力强、集束性好、信息携带量大等 )，使其易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断，因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到了广泛的应用。从探伤原理上说，超声波探伤方法主要可分为两大类，穿透法、脉冲反射法，其原理图如 2 图 2声波探伤主要方法透射法探伤由两组探头组成，一组探头专门向工件内发射超声束，另组探头专门接受透过工件的声信号，由接收到声信号的强弱来判断工件内部缺陷的有无及大小。这种方法不存在盲区，且声程衰减小，适用于高衰减材料，但因其探测灵敏度低且无法对缺陷进行定位，因此实际探伤中使用的较少。脉冲反射法探伤是利用脉冲波入射到异质界面上的反射效应进行探伤的方法。它采用一个兼发兼收的超声探头，检出缺陷反射声压信号，并将其显示在荧光屏上。相对于穿透法而言，脉冲反射法探测灵敏度高，缺陷定位准确，且探伤操作方式灵活，因此是目前世界各国广泛使用的超声探伤方法。此外，还有结合以上两种探伤方法优点的双晶探头脉冲反射法，目前也具有广泛的应用。本论文利用脉冲反射法，研究了超声波对石油钻杆接头的检测方法。接触探伤法是指探头与表面直接接触进行探伤的方法。为了实现良好的声耦合，要求探头按照管材的规格制成圆弧形，使其与管材探侧面完全吻合。管材表面需涂敷耦合剂。沿管材圆周方向探测。对于周向缺陷，沿探头轴向探测。由于接触法探伤时在探头与管材之间没有过多的耦合剂，所以声能衰减较小，周向有效探测范围较大。但是，由于这种方法是平面声束投射到曲面上，声束个点的入射角差别较大，使管内折射波形较为复杂，所以必将导致探测灵敏度降低和内外壁探测灵敏度差别的增大，且曲率半径愈小，此种现象愈严重，因此，接触法只适用于直径为 40上管材的一般探伤。不适于小口径管材的探伤和高精度探伤。这就存在了所谓的局限性，不能适合其他的比较特殊的管材，在直径过小的管材则不能够对其进行精准的探测，从而使探穿透法探伤反射法探伤石油钻杆接头超声波检测方法研究 6 伤技术达不到应有的标准。图 2触法探伤示意图还有一种方法叫管材水浸法，它是指探头与管材不接触，二者之阔以水作为耦合介质进行探伤的方法。它是以横波为主，这种方法不仅克服接触法探伤所存在的探头容易磨损等特点，而且具有一系列优点，如可采用聚焦探头，因而显著提高探伤灵敏度；便于实现机械化和自动化，从而大大提商生产效率；可使用廉价的耦合介质，使生产成本显著降低等。因此，水浸法的应用已日趋普遍，尤其进行大批量管材检测的冶金、石油、化工、机械等部门，应用更为广泛。我国现有的无缝钢管超声波探伤大多是按照 1996横波水浸法原理进行检测。国际上也普遍采用此方法，如美国、俄罗斯等国家。但是，由于超声波在水与管材的交界面所产生的反射而使声能大为衰减，实际传入管材内部的横波能量很弱。所以，水浸法的有效探测范围比接触法要小得多。鉴于水浸法探伤显著改善了探伤工艺条件，因此。它既适用于大口径管材，也适用于小口径管材。目前，用这种方法最小可探测直径为 10 首先，我们介绍了超声波管材探伤的条件和常用方法，然后在此基础上进一步讨论了特殊管材石油钻杆接头的探伤方法。介绍这一部分时，我们首先给出了钻杆接头的实际剖面图，直观地提出对其进行超声探伤的特殊性，即厚管壁、形状复杂、型号繁多。然后，针对这几点特殊性，逐步提出解决办法，完成管材探伤的探头设计；最后，讨论了以上探头的组合方式和探头架的扫查方式，实际探伤时由机械传动部分带动探头架沿规定路线扫描，即完成了探伤装置的硬件设计部分。中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 7 超声波接收单片机控制器示和报警超声波发送扫描驱动图 3超声波测距器系统设计框图 3 系统组成此超声波检测系统由超声波发送装置、超声波接收装置、单片机、控制器、示和报警及扫描驱动程序组成。具体的框图如图 3 声波检测技术超声波检测技术特点：（ 1）超声波声束能集中在特定的方向上，在介质中沿直线传播，具有良好的指向性。（ 2）超声波在介质中传播过程中，会发生衰减和散射。（ 3）超声波在异种介质的界面上将产生反射、折射和波型转换。利用这些特性，可以获得从缺陷界面反射回来的反射波，从而达到探测缺陷的目的。（ 4）超声波的能量比声波大得多。（ 5）超声波在固体中的传输损失很小，探测深度大，由于超声波在异质界面上会发生反射、折射等现象，尤其是不能通过气体固体界面。如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷（缺陷中有气体）或夹杂，超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射。反射回来的超声波被探头接收，通过仪器内部的电路处理，在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形。可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件重的深度、位置和形状。超声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对缺陷进行定位和定量。超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤技术难度大，容易受到主客观因素影响，以及探伤结果不便于保存，超声波检测对工作表面要求平滑，要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、适合于厚度较大的零件检验，使超声波探伤也具有其局限性。超声波探伤仪的种类繁多，但脉冲反射式超声波探伤仪应用最广。一般在均匀材料中，缺陷的存在将造成材料不连续，这种不连续往往有造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的界面上会发生反射。反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。石油钻杆接头超声波检测方法研究 8 脉冲反射式超声波探伤仪大部分都是谓坐标是超声波反射波的幅值。譬如，在一个工件中存在一个缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后就会发生反射，反射回来的能量又被探头接收到，在显示器屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷波在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。脉冲反射式超声波探伤仪大部分都是谓坐标是超声波反射波的幅值。譬如，在一个工件中存在一个缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后就会发生反射，反射回来的能量又被探头接收到，在显示器屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷波在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。测系统的组成超声波检测系统由探头、信号发生接收装置、放大器、衰减器、模数 (A D)转换器，以及对整个系统进行控制的计算机组成。传统的检测设备，整个系统运行在单机之上，主机负责硬件控制、信号采集、转换、处理、显示等诸多任务，这将导致主机负载过重，系统检测效率较低。考虑到通过网络传输数据的高速性，我们将扫描检测任务分开在两台计算机中完成，这样，不仅检测效率能得到很大提高，而且能减少系统的硬件成本。其检测系统示意图如图 22所示，其中，外部虚线框是整个检测系统的组成图。内部虚线框则表示探伤机的内部组成，其主要完成超声信号的发射接收、模数转换、信号控制等功能。电脑(计算机 )主要完成超声信号的分析、处理和显示等功能。探伤机和计算机由网络连接，其利用于伤机计算机 )模式，实现了两台计算机之间的实时数据传输和通信控制。探头与信号发生接收装置相连，并固定在探头架上，探头架由步进电机控制，可根据工件型号 (用户输入 )自动调整其高度和扫查范围。检测位置和检测距离由伺服电机带动机械装置，连接探头进行准确定位。 A 将数字信号输入计算机，在计算机内完成数据的显示和处理工作。这次方法是采用单片机超声波技术相结合的方法来完成超声波的检测工作。通过单片机控制超声波的发射和接收，并且用码管实时显示距离，便于工作人员观测；而且能够通过改变电路元器件参数的大小，有效的进行控制测量距离的大小，它具有集成化程度较高，高精度，高性能，和低价格等优点，是一个值得推广的方案。如3所示。中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 9 据显示方法常见的超声探伤数据显示方式可分为如下几类 (1)超声波探伤中最基本的一种数据显示方式，它以纵坐标代表反射波的幅度，以横坐标代表声波的传播时间，从缺陷波的幅度和位置来确定缺陷的大小和位置。 (2)以亮点显示接受信号，以荧光屏面代表被检测对象由探头移动线和声束决定的截面。纵坐标代表声波的传递时间，横坐标代表探头的水平位置，它可以显示出缺陷在纵截面的二维特征。 (3)以亮点或暗点显示接收信号，以荧光屏面代表被检测对象的投影面。这种显示方式能给出缺陷的水平投影位置，但不能给出深度。图 3声波探伤数据显示方式信号发生装置探头信号接受装置信号放大器伺服电机数据显示与图像处理电脑 A/D 转换装置信号衰减控制图 3超声波系统组成图石油钻杆接头超声波检测方法研究 10 (4)其他显示方式：除上述三种显示方式以外，目前国际上正在大力研究和发展更加完善的图像显示技术，如超声全息成像技术、射成像技术和本课题中，我们采用了扫描两种数据显示方式。由以上的介绍我们可以看出，大家所熟悉。而较直观。探伤过程中，检测数据以头架沿着工件长度方向进行纵向扫描。数据采集电路以预定的采样频率进行采样，保证至少探头每移动 1采集一组样，就能得到整个工件轴向的所有时，以工件长度为横坐标轴，以工件周向展开宽度作为纵坐标轴，在同步电路的控制下，在采集据信息的同时绘制样，当扫查结束的时候，探伤过程中，对伤波数据的存储及显示是非常必要的，有利于对探测情况的详细分析和比较数据的存储格式被声明为一个三维数组中，因为一般的检测系统都是由若干个通道组成，不同通道使用不同的探头组检测不同的部位。本项目使用的检测系统包含 7个通道 )；扫描的横坐标值，扫描的纵坐标值， j， k)位置点对应信号的幅值大小，在中，它被转化为对应点的灰度值，以颜色深浅进行显示。将每一个点的信号值都存储到这个三维数组中，并以伤数据的显示图 3伤数据显示操作界面图 3中与数据显示有关的控件是按钮“打开，“ “ 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 11 图 3伤数据显示操作界面打开操作使其对数据文件的读取和显示，它将读出的数据存入数据成员的字符数组并在函数中使用。伤图像处理及滤波算法对探伤方法的分析可知，探伤结果 (A、成像图像 )除包括有用的伤波信号以外，还存在大量固有波 (工件边沿波信号 )和随机干扰波信号 (噪声等 )，这些干扰信号会干扰视线、影响探伤效果，严重的甚至造成误判，给探伤带来危害，因此必须消除，即必须进行相应的图像滤波处理操作。目前，广泛使用的，也是最为有效的图像处理方法是用计算机来完成的数字图像处理技术，本实验中我们采用计算机语言编写程序来完成图像的滤波、处理工作。下面，我们首先介绍一下图像滤波处理的常用方法，然后给出本实验采用的图像处理方法。滤波操作在图像处理中也叫做平滑操作，其目的是为了消除噪声。图像噪声的来源有三：一为在光电、电磁转换过程中引入的人为噪声；二为大气层电 (磁 )暴、闪电、电压、浪涌等引起的强脉冲性冲击噪声的干扰；三为自然起伏性噪声，由物理量的不连续性或粒子性所引起，这类噪声又可分成热噪声、散粒噪声等。噪声消除的方法可分为空问域和频率域，又可分为全局处理和局部处理，还可以按线性平滑、非线性平滑和自适应平滑来区分。下面简要介绍邻域平均、空间滤波、频率滤波、多图像平均、自适应滤波及中值滤波滤波等方法。石油钻杆接头超声波检测方法研究 12 （ 1）邻域平均法邻域平均法是一种局部空间域处理的算法。设一幅图像 f伍 y)为 N*滤波后的图像为 g(x， y)，它的每个象素的灰度级由包含在 (x， y)的预定邻域的几个象素的灰度级的平均值所决定，即用下式得到平滑的图像： ),(),(1),( 3中的 x,y=0， 1， 2，， x， y)点领域中心点坐标的集合，内坐标点的总数。以上算法简单，计算速度快，但他的主要缺陷是在降低噪声的同时使图像产生模糊，特别在边沿和细节处，邻域越大，模糊越厉害。为了减少这种效应，可以采用阈值法，也就是形成平滑图像。 (),(1),( ),(),(1),( 3中一些点和他们邻值的差值不超过规定的保留这些点的像素灰度值。这样平滑后的图像比邻域平均法模糊程度减少。当某些点的灰度值与各邻点灰度的均值差别较大时，它必然是噪声，则取其邻域平均值作为该点的灰度值，它的平滑效果仍然是很好的。（ 2）中值滤波中值滤波是一种不同于卷积算法的非线性区域处理方法。它一般采用一个含有奇数个点的滑动窗口，将窗口中各点灰度值的中值替代指定点 (一般是窗口的中心点 )的灰度值。对于奇数个元素，中值是指按大小排序后，中间的数值；对于偶数个元素，中值是指排序后中间两个元素灰度值的平均值。因为区域中像素值发生随机突变的像素经排序后，将位于队首或队尾，因此取得的中问像素值是正常的像素值。所以，中值滤波可以有效地除去随机噪声，并得到较好的视觉效果。并且由于它在实际运算过程中并不需要图像的统计特征，所以比较方便。在一定的条件下，中值滤波可以克服线性滤波器所带来的图像细节模糊，而且对虑除脉冲干扰及图像扫描噪声最有效。（ 3）空间域低通滤波从信号频谱分析的知识，我们知道信号的慢变部分在频率域属于低频部分，而信号的快变部分在频率域是高频部分。对图像来说，它的边缘以及噪声干扰的频率分量都处于空间频率域较高的部分，因此可以采用低通滤波的方法来去除噪声，而频域的滤波又很容易从空间域的卷积来实现，为此只要适当地设计空间域系统的单位冲击响应矩阵就可以达到虑除噪声的效果。（ 4）频域低通滤波这是一种频域滤波法，对于一幅图像，它的边缘、跳跃部分以及噪声都代表图像的高频分量，而大面积的背景区和慢变部分则代表图像的低频分量，用频域低通滤波法除去其中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 13 高频分量就能去掉噪声，从而使图像得到平滑。常用的几种低通滤波法包括： 1)理想低通滤波器 (2)巴特沃思低通滤波器 (3)指数滤波器 (4)梯形滤波器 (本章中我们主要介绍了三大部分：检测系统组成和探伤数据显示、探伤图像的处理及探伤数据的分析。第一部分中我们首先介绍了超声波检测系统的组成和探伤数据的显示方式，并对实验所采用的扫描的具体实现过程进行了详细的叙述。然后，针对探伤数据的存储格式和显示图像的绘制方法，我们介绍了具体使用的操作函数。第二部分中我们又分两部分展开论述。首先介绍了几种常用的图像处理滤波算法，并对其优缺点进行了比较分析。然后，在第一部分，我们对实验测量数据及现场测量数据进行了分析，用事实证明了该检测设备的可靠性和检测精度。 4 系统的硬件设计如图 4示，超声波检测系统由定时器、控制系统、超声波接收发射装置、显示器等组成。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。从而测出发射和接收回波的时间差 T，然后求出距离 S=2，式

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