谈超声波检测设备软件系统

摘要：超声波无损检测被广泛应用在工业、军事、航空航天等各个领域，随着电路数字化的发展，其精确度与可靠程度也有了很大的提高。本文依据超声波检测原理，以Python语言为基础，对超声波无损检测设备进行设计，实现对回波信号的快速响应、数据的即时存储等功能。

关键词：超声波；无损检测；Pyhon

1引言

井控管汇是油田系统的重要组成部分，而焊缝的可靠性直接影响着管汇的整体使用寿命。所以在设备出厂前，都要对焊缝的质量进行检测，超声波无损检测，是最适合大型管汇的检测方法。但目前使用中的大多数超声波检测设备，存在着数据存储困难、图形反馈不及时、显示精度不够等缺陷。本文进行了超声波检测设备系统的设计，实现对回波信号的快速响应，数据的即时存储。相对于原有设备，完善后设备的反馈延时更短，定位更准确。

2系统整体设计思路

系统包括三个部分。第一部分为超声波的收发电路，保证系统具有稳定的发射信号并对接收到的信号进行放大处理。第二部分是信号处理部分，将硬件系统中的模拟信号转换成数字信号，通过串行通信设备将数据传输给上位机[1]。第三部分为软件数据处理部分，通过程序设计与编写，实现超声波波形的快速精确显示、数据存储等功能[2]。

3系统的软件设计

近年来，Python语言的发展势头强劲，其以简洁、兼容性等优势被大家推崇备至，已经居于前三大编程语言并有着广泛的发展空间。本文使用PyCharm进行语言编写。PyCharm是一种PythonIDE，带有调试、Project管理、代码跳转、只能提示等多种帮助用户高效Python语言开发的工具。后期还可以通过PyCharm远程连接树莓派，直接在电脑上对树莓派进行语言编写和调试。

3.1系统准备

建立虚拟环境，并安装Numpy、Scipy、Pandas、matplotlib、pyqtgraph等库。虚拟环境的好处是在虚拟环境内进行的任何操作都不会影响到Python的安装环境，只对应用虚拟环境的工程起作用[3]。

3.2软件方案流程

软件设计的流程思路为：系统启动后进行初始化；之后进行端口检测，查看有无可用端口，查到可用端口后，自动检测端口并进行连接；连接成功后开始收集端口接收到的数据并进行数据处理；之后在显示界面实现交互显示并进行数据存储，如果接收不到数据，循环10次后退出。

3.3具体功能实现

Pyserial封装了串口通讯模块，支持Linux、Windows、BSD(可能支持所有支持POSIX的)，支持Jython(Java)和IconPython(.NETandMono).pyserial模块对串口的访问。应用Pyqtgraph库来生成显示界面与坐标轴。Pyqtgraph库的数据可视化界面还支持交互缩放，大多数情况下2D界面支持鼠标滚轮缩放以及左右键的操作，如拖动、平移等[4]。运用Tkinter与Pyqtgraph相结合的方法来进行显示界面的制定。Tkinter是Python进行窗口视窗设计的模块。作为Python特定的GUI界面，Tkinter可以实现一个直观的多功能窗口界面。Tkinter库主要的优点：一是Tkinter是Python自带的库，无需额外安装，随时使用；二是它的使用非常简单，作为一个Python开发中的界面工具，简洁明了。

3.4系统性能测试

调试中，选用虚拟串口软件对软件系统进行调试。使用虚拟串口软件对上位机增加两个虚拟串口，一个作为发送数据端口，另一个作为接收数据端口。因为实验中的AD转换芯片的频率为65MHz，所以数据发送的间隔设置为1/65M秒约为15ns[5]。运行程序，发送端口接收到接收端口发来的连接成功提示，表示串口连接成功，开始向接收端口发送数据。数据来自对一块30mm厚钢板检测得到的回波数据，探头的中心频率为5MHz[6]。从界面显示可以清晰看到底面回波波形，如图3所示。

4结语

本文以超声波检测理论为基础，确定本文设计采用反射式检测法，研究了一种基于Python的超声波无损检测系统。设计了系统的软件部分，通过程序设计与编写，实现了自动检测连接串口并接收数据，以及超声波波形的快速精确显示、数据存储等功能，为后续对超声波检测设备的研究提供了基础与参考。

参考文献

[1]张大山.基于双探头检测系统的超声波无损探伤设计[硕士学位论文].内蒙古大学,内蒙古,2016

[2]唐权龙.油气管管汇角焊缝检测评价的研究[硕士学位论文].西安石油大学,西安,2014

[3]王伟.井控管汇超声波检测技术及安全评价研究[硕士学位论文].中国石油大学,青岛,2014

[4]张永虎.高压管汇冲蚀缺陷的超声波检测[硕士学位论文].西安石油大学,西安,2015

[5]刘疆辉.油井高压管汇的焊接.金属加工（热加工),2016(14):48-51

[6]刘晓楠.焊缝缺陷的超声检测与定位系统研究[硕士学位论文].哈尔滨工业大学,哈尔滨,2015

作者：高超 苏建华 赵亚丽 单位：承德石油高等专科学校工业技术中心