基于超声波检测设备软件系统研究

刘红妤

(贵州省特种设备检验检测院，桂阳 550014)

0 引 言

为了保障本文的数据能够得到有效应用，本文在超声波检测设备分析中，将以油田系统为基准进行分析。针对于油田系统而言，在设备出厂前，需要对焊缝质量进行检测，以保证焊缝连接紧密，提升管道的整体使用寿命。而应用超声波无损检测技术，可以对各种管道进行集中检测。目前，大多数超声波检测设备均存在对数据储存出现困难、图形反馈精准度不高、结果处理不及时的情况。因此，在本文研究中，本文将对超声波检测设备系统进行有效的设计，实现对超声波的快速响应以及数据的及时储存，以保证在原有设备上，能够完善整体的处理模式，保障定位精准。

1 超声波检测的基本概述分析

在超声波检测中，超声波可以进行必要的检测工作，以保证超声波可以实现无损检测方法。超声波无损检测可以在不破坏部件和相关原材料的前提下，对检验的表面以及内部质量进行全面的分析，以检测出其内部的密度以及问题[1]。超声波检测可以根据相关的检测标准，如GB/T3559-2011、JB/T4730.3等建立多样性的标准，并对焊缝进行集中检测，对其钢板以及铸造件等进行必要的查询。在超声波检测过程中，超声波具备以下五种特点[2]。

(1)超声波的波速在检测时，可以进行聚集，并投射至某一特定方向。并按照相关介质，进行沿线扫描传播，具备良好的指向性；

(2)超声波在介质传播过程中，超声波自身受各种因素影响，有可能会发生一定的衰减以及散射；

(3)超声波在相关的介质界面上，其自身将会发生反射以及波形转换。利用此类特征，可以保障从缺陷界面来回反射，以达到探测探曲线的目的；

(4)超声波能量转换较大；

(5)超声波在固体传输中，其相关损失较小，探测深度较大。因此，对于超声波的传播，其在相关界面上有可能会发生一定的反射、折射现象。在针对气体以及相关的气孔运动中，可以进行全面扫描。当超声波传播至缺陷界面时，将会出现全部反射，并就超声波的相关声波完成分析，例如，超声波的反射波被探头接收，并完成电路传播处理，以保障超声波以及反射波形的有效性，可以根据波形变化特征，判断波形深度位置[3]。

2 超声波基本设计思路分析

在整个超声波系统的设计思路中，根据不同的应用场景，可以确定不同程度的检测机制。例如，在超声波检测中，可以将其整体确定为三大部分。

(1)第1部分根据超声波的收发电路，以保证超声波系统能够发射稳定的超声波信号，并就已接收到的信号，进行全面处理；

(2)第2部分根据信号处理机制，将硬件系统中的模拟信号转化为数字信号。并通过关联、串行的通信设备，将数据传输至上位机；

(3)第3部分则为软件处理机制。通过程序的设计以及相关编写，可以保障超声波形的快速、精准显示，并实现数据储存功能[4]。

3 系统的整体软件设计

针对于超声波检测系统设计，我国目前通常应用相关的编程技术。近年来，Python语言具有明显的发展趋势，该语言具备简洁易用，且兼容性较广泛的优势。目前，Python被广泛应用至软件系统设计中。作为我国目前实用范围居于前三位的编程语言中，Python照比Java、C+(C++)等编程语语言，Python其自身具有明显的发展空间。因此，在本文的讨论中，本文将主要就PyCharm进行语言编写，并展开相关讨论PyCharm是一种Python IDE，PyCharm在调试中，其自身带有调试以及综合管理、代码跳转等功能。同时，更可以保证用户能够实现相关语言的开发。在超声波检测设备的软件系统研究设计中，甚至可以通过PyCharm连接树莓派，以保障相关使用者直接通过电脑，对树莓派进行编程，完成PyCharm程序调试[5]。

3.1 系统准备

在超声波虚拟系统的运行过程中，需要建立有效的虚拟环境，以保证在检测时，超声波检测技术可以保证整个系统的有效性。例如，在进行虚拟平台建立中，可以基于“Numpy”、“Scipy”、Pandas”、“matplotlib”、“pyqtgraph”五种数据库为基准，并完成虚拟环境的搭建。需要注意是，在虚拟环境搭建中，其内部进行的任何操作都要以Python的安装环境为基准，以保障对虚拟环境的工程起到明显的应用效果。

3.2 软件方案的设计流程

在软件设计中，需要确定相关的流程思路，并在系统完成启动后，进行初始化处理。在软件设计中，进行端口检测，以便分析其是否具有可用端口。在整体的设计中，以保证自动分析端口是否能够进行连接。在连接后，可以根据可用端口，自动收集数据，并进行数据的分析处理。在显示界面，可以实现交互，并完成数据的集中储存。若相关端口接收不到数据，则在循环之后，将自动退出[6]。在相关软件流程图中，可以确定在系统化以及可用端口处理。可以在系统分析检测自动运行状况，以便进行数据处理。并通过界面，显示完成数据的模式的分析。

在设计流程中，超声波探伤可以利用材料以及其母材性能差异，对待检测材料进行反射。并根据整体的能量变化，通过超声波检测材料内部的缺陷进行分析，通过脉冲反射法的纵波探测以及横波探测，完成有效应用。通过反射，保证超声波显示有效，并以整体代表声波传输，对木材进行全面分析。超声波的脉冲传播实践与生成成正比关系，完成缺陷定位，已通过恢复速度来判断缺陷的能量大小[7]。

在探测过程中，需要就探测前，进行相关准备。例如，可通过以下四点进行分析。

(1)对被检测的相关构件进行有效的熟悉，如根据名称、材质等方法完成沟通；

(2)选择必要的仪器及探头，通过探头比例、探测方式等，完成有效评定；

(3)根据仪器的相关标准，对仪器的水平线以及垂直线进行测定。探讨的标准，进行灵敏度以及分辨率的修正，并就调整模式，给予相关的比例调节整体的水平距离；

(4)灵敏度调整，针对超声波的特性进行灵敏度检验。

3.3 具体的系统功能

在具体的系统功能中，通过Pyserial，可以完成有效的串口。实现中心通信模块的制定。Pyserial具备极佳的应用特性，可以支持各大主流系统。例如，“Linux”、“Windows”、“BSD”、“POSIX”、“Jython”、“IconPytjon”、“Pyserial”等系统以及各串口。并在各串口中，应用Pyqtgraph，可以全面保障系统的界面以及坐标轴。并通过库数据，形成格式化界面，以完成相互融合。以保障在多数情况下，其支持鼠标滚轮，并根据左右键操作，完成相关的图形处理[8]。例如，在超声波检测设备中，可以通过拖移、平移等方法，结合Pyserial运作流程，制定相关显示界面。具体操作情况，可以用Tkinter与Pyserial进行结合。针对于Tkinter而言，在集中Python窗口化设计模块中，可以作为特定的具有GUI设置窗口界面，并基于TKinter实现直观的安装，具有以下优势。

(1)Tkinter是Python自带的，无需进行额外的二次安装，其具有随时使用的特性；

(2)Tkinter的具体实用模式非常便捷，具备非常简洁的使用特征。作为Pyserial系统，其自身的开发工具具有基本、清晰、简洁、明了的特征。

3.4 系统性能的测试

在调试过程中，可以选择相关的虚拟串口软件，并将其整体与软件系统进行全面调试。再使用虚拟窗口，对软件上位机增加相关的虚拟端口，可以将其设定为两个端口。第1个端口发送相关数据；第2个端口则接受相关数据。且在实验中，其相关的转换芯片频率为65 MHz。因此，AD转换芯片可以根据数据的发射间隔进行设定。就一般而言，数据发射间隔的时间可以保持在1/65 M秒。在运行程序中，就整体的发射接口，延伸至接收端口。就相关的运行模式而言，二者可以表示接口连接成功。并就相关的技术，完成有效的发送，促使相关数据可以针对某项载体进行研究。例如，系统性的测试，可以对后续进行全面检测。得到有效的回波数据，在探头中，其频率设置为5 MHz，可以清晰的观测到钢板的底面，并实现相关波度的有效分析[9]。

在检测流程中，针对母材进行材料检验。利用超声波检测设备的软件系统，以每隔90度进行有效观测，以形成参考资料。对于焊接接头的检验，可以分析其相关的评定线灵敏度，以保证探头的扫描速度不超过150 mm/s，并根据检测结果进行及时的评级，出具检测报告。

此外，除常规的测试外，还需注意仪器的耗能。例如，针对于超声波探头。超声波探头可以吸收较大阻尼，保护固定内部元件。因此，需要考虑超声波探头的耗能现象。为了避免出现大规模耗能，在测试过程中可以使用标准试块以及对比试块，调整探测灵敏度，评价缺陷大小以及对于工件的相互影响。在使用中，还可加入耦合剂，消除探头与工件表面的空气，使超声波能够有效传入工件，以便于检测，减小探头与工件表面的摩擦，延长探头的使用寿命。

4 结束语

综上所述，在针对综合检测技术过程中，本文采用了反射式检测法，全面研究了Python的编程语言，并根据Python中的Pyserial程序编写语言。在Python为基准，进行超声波无损检测系统的设置。针对于焊缝以及相关管道，可以设置系统的软件部分，并完成程序的设计编。写通过多样性的方式，研发了自动连接串口以及需求接收，并保证相关的措施。在超声波波形的分析检测中，可以更有效的显示超声波检测技术的精准性。并有效的完成数据处理功能，对相关数据进行储存。通过二者的融合，以便为客户完成基准设备的检测，为相关领域的超声波无损检测系统的研究提供有效基础。