超声检测硕士论文(超声检测相关设计的同学绪论参考一下、单片机控制设计的可参考整篇文章)

1、超声波无损检测 超声波技术及其应用报告超声波无损检测硕士研究生：丁金涛 学 号：12S108021学科：机械工程报 告 日 期：2013年06月 超声波无损检测摘要 超声波检测是指用超声波来检测材料和工件，并以超声波检测仪作为显示方式的一种无损检测方法。选用超声波作为检测的原因是因为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。其次，超声波在介质中传播过程中，会发生衰减和散射，且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。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

2、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。本文主要介绍了超声波无损检测概况，超声检测原理，超声检测国内外现状，以及微机控制系统概况。关键词：超声波；超生无损检测；微机控制系统I 目录摘要I第一章超声无损检测概况11.1超声无损检测的发展11.2 超声检测的优点21.3 超声无损检测的原理31.3.1 超声波介绍31.3.2 超声检测原理3第二章超声无损检测的国内现状42.1 超声检测的国外研究现状42.2超声检测的国内研究现状5第三章

3、微机控制系统概况73.1 微机控制系统模式83.2微机控制系统组成8结论10参考文献11第一章超声无损检测概况1.1超声无损检测的发展 随着现代科学和工业技术的迅速发展，尤其是原子能、航空、航天技术的发展，以不损害被检验对象(材料、工件或设备)的使用性能为前提的无损检测（Nondestructive Testing）技术越来越为人们所重视。常规的无损检测方法有：超声检测、射线检测、涡流检测、磁粉检测和渗透检测，此外还有激光全息无损检测，微波无损检测，红外无损检测等方法1。超声检测(UT)是一种最重要的无损检测技术，有关资料表明，国外每年大约发表 3000 篇涉及无损检测的文献资料，全部文献资料

4、中有关超声无损检测的内容约占45%，特别是2000年10月在罗马召开的第十五届世界无损检测会议(WCNDT)收录的663篇论文中，超声检测就占 250 篇。这些都说明超声无损检测的研究势头和其在无损检测中的重要地位。同时，这也是本文对选用超声波检测的一个重大原因。超声波的特点是传播能量大、方向性好，而且在介质内传播过程中遇到缺陷时会产生界面发射或者引起声速和能量衰减的变化，利用这一特性就可以达到检测缺陷的目的。到上世纪 20 年代，声学和超声学的理论大厦已经完全建立起来5。Rayleigh、Lamb、Knott、Macelwane、Stonely 和 Jeans 等学者详细论述了声波的反射、折

5、射、波型转换、衍射、散射、衰减等规律。随着电子工业的发展和材料加工技术的进步，20 世纪 30 年代，石英换能器已出现，双探头超声波系统已经建立，用于探测材料中的缺陷。这都为超声检测提供了理论和技术的基础。随着系统的逐步完善，1950 年，超声波探伤已用于工业中。从 60年代以后，超声检测的主要进展为探伤仪的改良和进一步应用，如固体电路和模块化设计、装配、数字显示等等。1982 年，微处理器控制的探伤仪出现，此后超声检测仪器朝着数字化、智能化的方向迅速发展。早期的超声检测主要用于探伤，由于常规超声检测技术自身的局限性，使其在缺陷定性、定位及定量方面的可靠性和灵敏度并不高。随着超声工程应用范围的

6、扩大，常规方式已经不能满足检测的需要。近年来，缺陷的定量技术、信号处理技术、人工智能、超声波成像、检测可靠性、材料特性评价、超声波换能器技术、数值模拟和过程仿真、雷达和声呐技术、现场检测等各种先进技术纷纷应用于超声检测领域，促进了超声检测的发展，使得超声检测这一新技术更为引人注目。1.2 超声检测的优点在常规无损检测方法中，超声检测因超声波具有独特的优点而得到了迅速地发展。超声波的优点很多，具体如下2-4： 超声波的方向性好：超声波具有像光波一样良好的方向性，经过专门的设计可以定向发射，犹如手电筒的灯光可以在黑暗中帮助人的眼睛探寻物体一样，利用超声波可在被检对象中进行有效的探测。 超声波的穿透

7、能力强：对于大多数介质而一言，它具有较强的穿透能力例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数十米。 超声波的能量高：超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能量远大于声波的能量。研究表明，材料的声速、声衰减、声阻抗等特性携带有丰富的信息，并且成为广泛应用超声波的基础。 可供检测信息丰富：遇到有界面时，超声波将产生反射、折射和波型的转换：人们利用超声波在介质中传播时的这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高，这也是超声检测得以迅速发展的原因之一。 对人体无害。正是由于超声波的上述特点，使得超声检测适应性强、检测灵敏度高、使用灵活、设备轻巧、成本低廉、可及时得到探

8、伤结果，适合在车间、野外和水下等各种环境下工作，并能对正在运行的装置和设备进行检测。1.3 超声无损检测的原理1.3.1 超声波介绍声波是在弹性介质中传播的机械波，人们的耳朵能直接接收到的声波的频率范围通常是20Hz到20kHz，即音（声）频；频率低于20 Hz的称为次声波；高于20 kHz的称为超声波。超声波具有指向性好、传播能量大、穿透力强等特点而被广泛应用在无损检测领域。51.3.2 超声检测原理超声波检测的基本原理是：超声波在均匀连续弹性介质中传播时，将产生极少能量损失；但当材料中存在着晶界、缺陷等不连续阻隔时，将产生反射、折射、散射、绕射和衰减等现象，从而损失比较多的能量，使我们由接

9、收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形或频率发生了相应的变化，测定这些变化就可以判定建筑材料的某些方面的性质和结构内部构造的情况达到测试的目的。当超声遇到缺陷面时，反射回波幅度会异常增大，根据反射幅度、延迟和相位等就可以判断缺陷的位置、面积和形状。工业上常用数兆赫兹的超声波来探伤6。超声波频率高，则传播的直线性强，又易于在固体中传播，并且遇到两种不同介质形成的界面时易于反射，这样就可以用它来探伤。通常用超声波探头与待测工件表面良好的接触，探头则可有效地向工件发射超声波，并能接收（缺陷）界面反射来的超声波，同时转换成电信号，再传输给仪器进行处理。根据超声波在介质中传播的速度（常称声速）和传

10、播的时间，就可知道缺陷的位置。当缺陷越大，反射面则越大，其反射的能量也就越大，故可根据反射能量的大小来查知缺陷（当量）的大小。第二章超声无损检测的国内现状超声无损检测在国外大概开始于上世纪二、三十年代，我国起步比较万，上世纪五十年代才开始研究，目前取得了长足的进展。但总的来看，在很大方面跟国外工业发达国家仍然有很大差距。72.1 超声检测的国外研究现状随着超大型石化、冶金、电站设备的发展，采用传统的手动超声检测方法已不能满足现代化生产需要，另外高空与野外作业也需要更加有效地检测技术，于是各国相继把无损检测，特别是超声检测技术的目标转向自动超声检测领域。由于美国等发达国家在超声检测领域中投资力度

11、比较大，相互之间的竞争激烈，自动超声检测技术和设备发展速度非常快，同时自动超声检测系统性能也日趋完善。近年来，新技术的应用大大促进了国外超声检测的发展，使超声检测的功能愈来愈强大。随着微电子技术的发展和计算机的普遍应用，超声检测仪器和检测方法得到了迅速发展，使超声检测的应用更为普及。目前，微计算机在超声检测中能够完成数据采集、信息处理、过程控制和记录存储等多种功能。许多超声检测仪器都把微处理器作为一个部件而组装在一起，去执行处理数据和图像任务。一些全电脑对话式超声探伤仪，可在屏幕上同时显示回波曲线和检测数据，存储仪器调整状态、缺陷波形和各种操作功能。目前，国外超声检测正在向着自动化、数字化和智

12、能化方向发展。国外工业发达国家的超声无损检测技术的另一个发展方向是逐步从 NDI 和 NDT 向 NDE 过渡。超声波无损探伤是初级阶段，它的作用仅仅是在不损害零部件的前提下，发现其人眼不可见的内部缺陷，以满足工业设计中的强度要求。超声无损检测是近 20 年来应用最广泛的术语，它不仅要检测最终产品，而且还要对生产过程的有关参数进行监测。超声无损评价是超声检测发展的最高境界，不但要探测缺陷的有无，还要给出材质的定量评价，也包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。本文正是建立在 NDI 和 NDT 基础上，对齿轮进行检测，进行有效的评估。2.2超声检测的国内研究现状我国的无损检测技术是从无

13、到有，从低级阶段逐渐发展到应用普及的现阶段水平。超声波检测仪器的研制生产，也大致按此规律发展变化。五十年代，我国开始从国外引进超声波仪器，多是笨重的电子管式仪器。如英国的 UCT-2 超声波检测仪，重达 24Kg，各单位积极开展试验研究工作，在一些工程检测中取得了较好的效果。五十年代末六十年代初，国内科研单位进口了波兰产超声仪，并进行仿制生产。随后，上海同济大学研制出 CTS-10 型非金属超声检测仪，也是电子管式，仪器重约20Kg。该仪器性能稳定，波形清晰。但当时这种仪器只有个别科研单位使用，建工部门使用不多。直至七十年代中期，因无损检测技术仍处于试验阶段，未推广普及，所以仪器没有多大发展，

14、仍使用电子管式的 UCT-2，CTS-10 型仪器。1976 年，国家建委科技司主持召开全国建筑工程检测技术交流会后，国家建委将混凝土无损检测技术列为重点攻关项目，组织全国 6 个单位协作攻关。从此，无损检测技术开始进入有计划，有目的的研究阶段。1978 年 10 月，中国建筑科学院研制出 JC-2 型便携式超声波检测仪。该仪器采用TTL 线路，数码显示，仪器重量为 5Kg。同期研制出的超声检测仪器还有 SC-2 型，CTS-25 型，SYC-2 型超声波检测仪。从此，我国有了自己生产的超声波仪器。 近年来我国超声无损检测事业取得了巨大进步和发展。超声无损检测已经应用到了几乎所有工业部门，其用

15、途正日趋扩大。超声无损检测的相关理论和方法及应用的基础性研究正在逐步深入，已经取得了许多突破性进展。比如，用户友好界面操作系统软件；各种扫描成像技术；多坐标、多通道的自动超声检查系统；超声机器人检测系统等。无损检测的标准化和规范化，检测仪器的数字化、智能化、图像化、小型化和系列化工作也都取得了较大发展。我国已经制订了一系列国标、部标及行业标准，而且引进了 ISO，ATSM 等一百多个国外标准。无损检测人员的培训也逐渐与国际接轨。但是，我国超声无损检测事业从整体水平而言，与发达国家之间仍存在很大差距。具体表现在以下几个方面： 1. 检测专业队伍中高级技术人员和高级操作人员所占比例较小，极大阻碍了

16、超声无损检测技术向自动化、智能化、图象化的进展。由于经验丰富的老一辈检测工作者缺乏把实践经验转化为理论总结，而年轻的检测人员缺乏切实的实践经验，这有可能导致现有的超声检测软件系统不同程度的缺陷，降低了检测的可靠性。 2. 专业无损检测人员相对较少，现有无损检测设备有待改进。从而导致目前我国产品的质量普遍存在较大问题，据测算，我国不良品的年损失约 2000 亿元。更严重的后果是产品的竞争能力差，影响产品进入国际市场。3. 对无损检测技术领域的信息技术应用重视不够。我国对无损检测信息技术的建设工作还处在相当薄弱的阶段。4. 无损检测的标准和规范多而杂目前，超声检测在已成功地应用于我国的船舶、冶金、

17、机械、石油、化工、食品、电子、航天、电力、建筑、农林、水产及医疗等领域，正在形成国民经济中颇有特色的产业之一。第三章 微机控制系统概况现代工业的迅速发展对工业控制技术也提出了新的要求。24微机控制系统的快速计算、灵活多佯的逻辑判断和高效的信息加工能力使自动控制进入了更高一级的领域，提高了生产过程的自动化程度，减少了人工干预，并不断地完善和满足工农业生产和国防科技日益增长的需要。微机控制系统由于具有成本低、体积小、功耗少、可靠性高和使用灵活等特点，因而广泛地应用于工农业生产、交通运输、国防建设和空间技术等各个领域。其控制对象已从单一的工艺流程控制扩展到企业生产过程的管理和控制。随着微机和单片机的

18、推广使用，实现信息自动化与过程控制相结合的分组分布式计算机控制使控制技术的水平发展到了一个崭新的阶段。微机控制系统由微机和其他工业生产对象两大部分组成其中包括硬件和软件。硬件是指微机本身及其外部设备。硬件是由主机、接口电路及外部设备组成的。由于系统的不同。组成微机系统的硬件多少也不同一般根据控制系统的需要可任意进行扩展。现在已经生产出具有各种功能的插件板。并用标准总线连接起来，使用非常方便。如STD总线构成的各种工业控制机；软件是指管理微机的程序以及过程控制应用程序。软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和，如操作系统、监控程序、管理程序、控制程序、计算和自诊断程序等。因此，软件是微机系统的神

19、经中枢，整个系统都是在软件的指挥下进行协调工作的。硬件是微机控制系统的基础，软件是微机控制系统的灵魂。微机控制系统是通过各种接口及外部设备与生产过程发生关系，并对生产过程进行数据处理及控制的。典型的微机控制系统如图2.1所示。在图中，检测的参数经传感器、变送器，转换成统一的标准信号，再经多路开关分时送到AD转换器进行模拟数字转换，转换后的数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。在计算机内部，用软件对采集的数据进行处理和计算然后经模拟量输出通道输出。输出的数字量通过。从变换器转换成模拟量，再经反多路开关(也称多路分配器)与相应的执行机构相连，并对被测参数进行控制。3.1 微机控制系统模式国内

20、外常用计算机控制系统主要有两种模式：一、计算机直接控制系统，由单板机、单片机或个人计算机、工控机，适当配以必要的外围设备和接口电路，构成独立的过程控制计算机系统，一切检测控制显示和管理功能均由该微机承担；二、集散控制系统，由下位机工作站和上位机构成，下位机对被控对的参数进行检测和控制，通过通讯接口将所采集的信息和状态传递给上位机，同时接收上位机的指令，上位机对下位机进行综合指挥，分散控制，集中管理。3.2微机控制系统组成图2.1是典型的微机控制系统结构；·主机(CPU)：它是整个控制系统的指挥部。·接口与输入输出通道：它是主机与被控对象进行信息交换的纽带。·通用外

21、部设备：通用外部设备主要是为了扩大主机的功能而设置的。印、存储及传送数据。 ·检测元件及仪表：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，广泛采用了各种检测元件及仪表，它们的主要功能是把被检测参数的非电量转变成电量，如热电偶把温度变成毫伏信号，压力变送器把压力变成电信号等等。这些信号转换成统一的微机标准电平后再送入微机。因此，检测元件精度的高低直接影响微机控制系统的精度。此外，为了控制生产过程，还需有执行机构。常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式，另外，还有马达和步进电机。·驱动电路和执行机构：微机控制系统的都是通过这部分来完成其要求的任务的。常见的执行机构有步进电机、继电器、运动控制卡。相对应的驱动电路有脉冲分配器、三极管、驱动芯片等。 ·操作台：操作台是人机对话的联系纽带。通过它人们可以向微机输入程序，修改内存中的数据显示被测参数以及发出各种操作命令等。图2.1 典型微机控制系统结论本文主要介绍超声波检测的原理、应用以及发展。通过一些大家所比较熟悉的超声波检测技术来了解超声波检测的原理及其发展。并通过这些技术了解，加深超声波检测技术的最新发展情况以及研究方向。 无损检测一直是国内外研究的重点，该领域的技术对于工业生产和国防建设有着重要意义。本论文的研究虽然取得了