[发明专利]虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台

说明书

技术领域

本发明涉及计算机虚拟现实技术领域，特别是涉及用于无损检测培训的一种虚拟超声波探伤仪与探头性能测试的实验平台。

背景技术

无损检测是一门新兴的综合性应用技术科学，是建立现代工业的基础和保证，被形象称之谓“工业医生”。超声波检测因其能灵敏地检测出工件内部缺陷，且对环境无辐射污染、对检测材料无限制、应用范围广泛等诸多优点，成为当今工业产品质量控制和生产过程安全监督最重要的手段。但是超声波也因其在工件内部的传播过程不可见，给从业人员掌握超声检测理论和实践操作技能设置了很大障碍；而各类工件的材质和结构复杂，缺陷的形状、大小、位置和方向千差万变，令从业人员识别缺陷信号更加困难。这些瓶颈导致目前我国持有超声检测中级及以上职业证书的人员非常紧缺，安全隐患常干扰我国人民群众的正常生活。要大力提高和培训超声检测人员的技术水平，除了提供仪器和各种探头之外，还需具有各种反射体(缺陷)的模拟试块和指导老师，因此，有必要开发一种新型的基于虚拟技术的用于无损检测培训的“虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台”。

虚拟现实技术其本质是客观事物在计算机上的一种仿真实现。目前，虚拟现实系统随着发展正逐渐应用到各个领域，主要表现在工程、科学研究和教育培训之中。虚拟培训是虚拟现实技术的重要应用之一(请见参考文献1)。

国外对虚拟超声检测的研究主要涉及超声在不同结构材料中的声场分布、声场与各缺陷体的作用模拟，如多层结构材料、奥氏体材料中的声场计算模拟，以及回波预测和成像，主要有：(一)用于复杂结构和材料的检测特性研究，为解释和分析检测结果提供工具，帮助对检测结果的理解和辨别；(二)验证探伤方法和工艺的可行性，确定它的局限性，对某种探伤方法进行评估，尤其是核电站中应用较多，以帮助制定探伤工艺；对已有的探伤方法进行设计与优化，尤其应用在相控阵方法中等；探头设计等(请见参考文献2和3)。

我国也有不少研究者进行了超声检测的模拟研究。张伟志、钢铁等人利用超声传播原理和几何光学简化模型，基于VB开发了超声检测分析计算和模拟仿真软件，实现了超声传播路径的模拟(请见参考文献4)。马永光、刘玉良等人从声波理论出发，用单步跟踪法对超声检测过程进行了计算机模拟，实现超声波在介质环境内传播过程的可视化(请见参考文献5)，但是这些研究只是为波谱分析而用。国内研究仅仅限于结构件检测性预测和检测工艺设计等研究而用，虽然也有多媒体培训对超声检测机理与过程的动画模拟，但能用于真实的交互性操作的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台究还未见报道。

国内外未见报道有进行虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：利用LabVIEW(实验室虚拟仪器开发工具)在计算机上开发一套将超声波探伤仪器、探头、试块相互关联的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试的实验平台，以帮助受训者在电脑上身临其境，进行模拟超声波探伤操作，了解和掌握仪器与探头综合性能测试的操作要点。

本发明按下述技术方案解决其技术问题：包括用于实验训练所需的虚拟硬件和模块软件。其中：虚拟硬件主要由虚拟的A型超声波探伤仪、虚拟的超声波探头与虚拟的试块构成，虚拟的超声波探头由鼠标控制在虚拟试块上移动，当声波遇到反射体时虚拟的超声波探头便激发一个仿真信号通过数据通道传到虚拟超声波探伤仪上显示出来；模块软件主要由鼠标控制的对所述虚拟硬件的相互关联的多种组合，并以可视化表现的依据超声波探伤仪与探头综合性能测试要求所设计的系列实验。

本发明提供的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试的实验平台(以下简称实验平台)与现有技术相比具有以下的主要优点：

本实验平台的核心与创新点在于：让受训者在没有真实的超声探伤仪、探头、试块和老师(因超声波传播不可见性决定)的情况下，借助计算机与本发明，进行超声波探伤仪与探头综合性能测试实验操作训练；了解和掌握A型超声波探伤仪的性能与使用，三种探头的波形特点与使用，标准试块、参考试块和模拟试块的特点与用途。受训者用鼠标点击虚拟(CTS-22型模拟探伤仪)按扭或按键(HS510数字探伤仪)，可以调整和显示探伤仪的状态，用鼠标还可以控制虚拟探头在虚拟试块上的移动和扫查，实时观察到声束的传播规律、在各种反射界面上的变化，并与之对应的探伤仪显示的信号幅度和位置。