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1、第36卷第6期无损探伤Vol.36No.62012年12月NDTDecember.2012췍췍췍췍췍췍仪췍器췍方췍法췍基于VB和MATLAB编程的TOFD信号处理系统*徐薇1卢超2彭伟3王苗苗4(1上海航天设备制造总厂,上海200245;2.南昌航空大学,南昌330063;3.天津蓝海工程检测技术服务有限公司,天津300452;4.上海电气电站集团,上海201100)摘要:应用一种基于经验模态分解(EMD)的信号处理方法,对超声TOFD检测回波到达时间进行识别。介绍了VB和MATLAB软件混合编程方法在该TOFD检测
2、信号处理中的应用,尤其是使用MAT-LABActiveX对象的混合编程技术在该系统中的应用。给出了成功开发的TOFD信号处理系统的例子,设计了数据采集卡硬件控制程序和采用了先进的基于EMD的Hilbert-Huang变换进行信号分析处理。关键词:声波衍射时差法;经验模态分解;Hilbert-Huang变换;VB;MATLAB中图分类号:TG115.28文献标志码:A文章编号:1671-4423(2012)06-20-04原始数据,把原始的AD数据转换成电压值。这样1引言就可以把检测的电压值信号一一在采集卡控制界面衍射
3、时差法(TOFD)主要根据缺陷端部产生的画为连续的波形。由于板厚和噪声等诸多因素的影衍射信号之间的时间差对缺陷进行定位和定量。其响下,波形很混叠,为了区分各个波的到达时间以达具有检测速度快、定量精度高、定位准确和可确定缺到对缺陷进行准确定位和定量的目的,加入了EMD[1]陷尺寸等优点。但由于外界环境的影响,采集到信号处理算法这一模块。TOFD信号数据采集和的超声回波信号有时会受到噪声的干扰,或者由于处理系统流程图见图1。缺陷接近被测物体的表面以及检测的材料厚度过[2-3]小,信号会产生混叠现象,这样就无法精确各衍射波
4、和侧向波的准确到达时间,从而给材料缺陷的定位以及定量带来比较大的误差。本文拟采用一种[4]基于EMD(经验模态分解)的方法对超声TOFD检测信号进行恰当的处理,精确提取检测信号各波的时间参数。图1采集信号系统流程图2系统简介3系统硬件设计本系统是针对TOFD检测信号在检测薄板试在本系统中,选用的硬件有TOFD探头、钢试件时容易产生检测回波波形重叠的情况而专门设计块、工控机、超声发射接收卡,还有凌华公司生产的的一个TOFD信号数据采集和分析处理系统。采PCI8002的数据采集卡。集的信号为TOFD探头检测试块时所得到的
5、AD按照TOFD检测标准,本实验系统采用的是标称角度为60°的TOFD探头,中心频率选择为*基金项目:无损检测重点实验室基金(ZD20070094)第6期徐薇等:基于VB和MATLAB编程的TOFD信号处理系统215MHz,晶片直径为6mm。在本实验中,探头分列输出;(10)数字量输入、输出各8路。试块模拟缺陷的两边,使模拟缺陷刚好位于两探头整个硬件实验系统的框架图如图3所示:的中间,探头间距为S=1.73d,其中d为缺陷高度中点离板材表面距离(深度)。连到工控机上美国声学物理公司的IPR1210发射接收卡上。再通过
6、IPR1210的射频输出口接到工控机上的PCI8002数据采集卡。实验所用试块为200mm×150mm×30mm的长方体钢板,在钢板的侧面加工有3个横孔作为人图3实验系统框架图工模拟缺陷,深度不一样。两个深度分别为20mm4系统软件结构以及软件设计和35mm的ϕ3圆孔,还有一个深度60mm的ϕ2孔。加工检测试样如图2所示:本系统选用VB6.0和MATLAB作为开发工具,其中用VB开发了数据采集卡采集与控制界面和信号处理结果显示界面,包括数据采集卡的一些参数设置和电压数据的数字显示和波形显示。设置好采样频率之后,开始采
7、样,采样结束后,以.rfw的格式保存在计算机中。而MATLAB执行的是基于EMD的Hilbert-Huang变换算法,首先将计算机中的.rfw的数据格式文件读入MATLAB中,然后用Hilbert-Huang变换算法处理,最后将TOFD图2试块图信号处理后以检波波形显示。PCI-8002是建立在32位、PCI总线架构上的4.1系统软件结构高性能数据采集卡。采样频率最高为40MHz,可以本TOFD信号处理系统采用模块化设计,主要将连续的高速数据流存入计算机中。PCI-8002支分为主界面、数据采集卡控制与采集模块、信号
8、处理持三种触发方式进行模/数转换:软件触发、内部定显示模块。如图4所示:时触发、外部定时触发。软件触发允许用户在需要的时候得到一个采样,内部定时触发用于连续的高速数据采集,PCI-8002还可以使用外部触发源,实现与外部设备的同步采样。在本采集模块中,将通过超声探伤仪的触发信号触发采集卡。PCI-8002支持PCI总线控制DMA数据传输,支持高
