苗長(zhǎng)云，羅統(tǒng)榮，白　華

（天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，天津300387）

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基于以太網(wǎng)的多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

苗長(zhǎng)云，羅統(tǒng)榮，白華

（天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，天津300387）

摘要：針對(duì)大型工件的超聲檢測(cè)中對(duì)檢測(cè)人員的要求高、檢測(cè)效率低、易發(fā)生誤檢和漏檢等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于以太網(wǎng)的多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，采用FPGA和ARM設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件，采用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)了FPGA的軟件，采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)了ARM的軟件，采用UDP/IP協(xié)議設(shè)計(jì)了上位機(jī)與多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端的通信軟件，利用LabVIEW軟件設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的上位機(jī)軟件.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大型工件的遠(yuǎn)程超聲自動(dòng)檢測(cè)、C掃描圖像實(shí)時(shí)顯示、缺陷定位等功能，具超有聲精波度檢高測(cè)、檢測(cè)效率高、操作方便等優(yōu)點(diǎn).

關(guān)鍵詞：自動(dòng)探傷；缺陷定位；以太網(wǎng)；ARM+FPGA；C掃描成像；

大型工件是先進(jìn)裝備制造的關(guān)鍵部件，已廣泛應(yīng)用于電力、船舶、冶金、石化、重型機(jī)械和國(guó)防等領(lǐng)域，其質(zhì)量直接影響到重大裝備的整體水平和運(yùn)行可靠性.為保證大型工件及其裝備的質(zhì)量，需要對(duì)其氣孔、裂縫、夾雜物、裂紋、氣泡等缺陷進(jìn)行檢測(cè)[1].超聲檢測(cè)法由于具有檢測(cè)材質(zhì)種類(lèi)多、易于自動(dòng)化檢驗(yàn)、穿透能力強(qiáng)、檢測(cè)精度較高和對(duì)人體無(wú)輻射危害等優(yōu)點(diǎn)[2-3]，是一種適合于大型工件缺陷檢測(cè)的方法[4].目前國(guó)內(nèi)大型工件的超聲檢測(cè)主要是利用手提式超聲檢測(cè)儀[5]，靠人工移動(dòng)的方式進(jìn)行檢測(cè)，要求有一定經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員來(lái)進(jìn)行操作和判斷檢測(cè)結(jié)果，存在對(duì)檢測(cè)人員的要求高、檢測(cè)效率低、易發(fā)生誤檢和漏檢等問(wèn)題[6-7].因此，需要研制一種大型工件自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng).

本文采用FPGA和ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)了多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路，采用VHDL語(yǔ)言和C語(yǔ)言分別設(shè)計(jì)了FPGA軟件和ARM軟件，移植了Linux操作系統(tǒng)，利用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)了一套超聲系統(tǒng)的上位機(jī)軟件，采用UDP/IP協(xié)議設(shè)計(jì)了上位機(jī)與多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端的通信軟件，實(shí)現(xiàn)了超聲波遠(yuǎn)程自動(dòng)快速檢測(cè)，實(shí)時(shí)缺陷成像及缺陷定位功能，具有精度高、檢測(cè)效率高、操作方便等優(yōu)點(diǎn).

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基于以太網(wǎng)的多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是由多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端、上位機(jī)及軟件等組成，其組成框圖如圖1所示.多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端是由采集模塊、處理傳輸模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械執(zhí)行裝置、限位開(kāi)關(guān)以及八路超聲探頭組成.

圖1　系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of system

由上位機(jī)發(fā)送掃描指令到處理傳輸模塊，處理傳輸模塊對(duì)其進(jìn)行處理后產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)信號(hào)和采集信號(hào)2種控制信號(hào).運(yùn)動(dòng)信號(hào)被輸送到運(yùn)動(dòng)控制模塊，運(yùn)動(dòng)控制模塊將其轉(zhuǎn)化為電機(jī)角位移信號(hào)并發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)個(gè)步距角，從而達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)按指令運(yùn)動(dòng)的目的.步進(jìn)電機(jī)上安裝有機(jī)械執(zhí)行裝置，用以固定八路超聲探頭，機(jī)械執(zhí)行裝置上安有限位開(kāi)關(guān)，以此控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)范圍.當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到限位開(kāi)關(guān)的位置，限位開(kāi)關(guān)反饋限位信號(hào)給處理傳輸模塊，處理傳輸模塊停止產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)信號(hào).采集信號(hào)被輸送到采集模塊，采集信號(hào)包括超聲發(fā)射控制信號(hào)和超聲選通信號(hào).采集模塊在超聲發(fā)射控制信號(hào)的控制下產(chǎn)生高壓激勵(lì)脈沖信號(hào)，該信號(hào)作用于八路超聲探頭，使其發(fā)出超聲波信號(hào).超聲波信號(hào)傳播到工件后由于波的反射特性形成超聲回波信號(hào)，并回傳到采集模塊，采集模塊對(duì)超聲回波信號(hào)作預(yù)處理后將其傳輸給處理傳輸模塊，由處理傳輸模塊對(duì)超聲回波作進(jìn)一步處理并上傳到上位機(jī)顯示.

在進(jìn)行自動(dòng)超聲檢測(cè)過(guò)程中，超聲檢測(cè)探頭能夠在被檢測(cè)工件表面按照ARM程序中運(yùn)動(dòng)控制算法設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，并實(shí)時(shí)向PC機(jī)返回探頭的位置信息，使這些位置信息能和采集模塊采集到的超聲數(shù)字信號(hào)在位置上建立起一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，進(jìn)而在PC機(jī)上由不同的圖像處理算法生成相應(yīng)的超聲檢測(cè)圖像.本文設(shè)計(jì)的基于以太網(wǎng)的多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是將復(fù)雜的多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、多通道超聲采集控制技術(shù)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)應(yīng)用到超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)超聲的遠(yuǎn)程自動(dòng)檢測(cè).

2　多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)

多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)如圖2所示.

圖2　多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)Fig.2 Hardware design of multi-channel ultrasonic automatic detection terminal

圖2中采集模塊是由四通道A/D采集電路、四通道帶通濾波電路、四通道放大電路、高壓源電路、四通道選通開(kāi)關(guān)、四通道超聲發(fā)射接收電路組成.在超聲發(fā)射控制信號(hào)的作用下，控制加載在場(chǎng)效應(yīng)管IRF840芯片上高壓的通斷時(shí)間產(chǎn)生高壓激勵(lì)脈沖，此脈沖作用于超聲探頭使其發(fā)射超聲波.超聲接收電路由若干個(gè)二極管IN4148、電容、電阻組成，負(fù)責(zé)對(duì)超聲回波作限幅隔離處理.四通道選通開(kāi)關(guān)采用DG419芯片設(shè)計(jì)，其使得系統(tǒng)能夠以時(shí)分復(fù)用的方式擴(kuò)展為多通道超聲探傷（可擴(kuò)展至4*N個(gè)通道）.此外，采用AD8334 和AD9287芯片作為核心芯片分別設(shè)計(jì)了四通道放大電路和四通道A/D轉(zhuǎn)換電路. AD8334可將高頻小信號(hào)放大，并能將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，以增加信號(hào)抗干擾能力. AD9287的采樣頻率高達(dá)100 MHz，可同時(shí)將4路模擬差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成4路數(shù)字差分信號(hào)輸出.

圖2中處理傳輸模塊采用ARMS3-C2440芯片和FPGA XC3S500E芯片為核心，外加基本的以太網(wǎng)電路、存儲(chǔ)調(diào)試電路等組成，該模塊負(fù)責(zé)整個(gè)運(yùn)動(dòng)采集過(guò)程的控制. FPGA與ARM之間通過(guò)地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、片選線(xiàn)、使能線(xiàn)及多根I/O線(xiàn)相連[8]，以實(shí)現(xiàn)兩者之間的通信.

圖2中運(yùn)動(dòng)控制模塊是由光耦轉(zhuǎn)換電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成.光耦轉(zhuǎn)換電路采用TLP521光耦芯片及若干電阻、電容搭建而成，負(fù)責(zé)信號(hào)的隔離與轉(zhuǎn)換.此處選用上海鳴志公司MS3540M-N型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可選擇14種細(xì)分，其最大設(shè)定可將一整步細(xì)分為256微步，有效減小了步進(jìn)電機(jī)的低頻振蕩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使得運(yùn)動(dòng)控制能達(dá)到更高的控制精度.

3　多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端軟件設(shè)計(jì)

3.1 FPGA的軟件設(shè)計(jì)

FPGA程序采用模塊化方式設(shè)計(jì)，如圖3所示，每個(gè)功能模塊協(xié)調(diào)完成超聲波采集任務(wù).

圖3　單通道FPGA程序功能模塊組成圖Fig.3 FPGA program function module connection diagram of single channel

FPGA工作流程為：當(dāng)FPGA接收到ARM發(fā)出的“采樣開(kāi)始”命令后，由脈沖輸出模塊發(fā)出超聲發(fā)射控制信號(hào)，控制超聲發(fā)射電路產(chǎn)生高壓激勵(lì)脈沖，超聲探頭在高壓激勵(lì)脈沖的作用下發(fā)射超聲波.同時(shí)通道選擇模塊控制選通對(duì)應(yīng)的超聲接收通道，使超聲回波信號(hào)進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換電路，此時(shí)A/D轉(zhuǎn)換控制模塊控制開(kāi)啟A/D轉(zhuǎn)換，并對(duì)雙口RAM進(jìn)行超聲回波數(shù)據(jù)寫(xiě)操作.程序中一共設(shè)計(jì)了4個(gè)雙口RAM，對(duì)應(yīng)4個(gè)超聲通道，單個(gè)雙口RAM存儲(chǔ)深度設(shè)置為4 kB.從RAM的角度看，F(xiàn)PGA是掛載在ARM的Bank3地址上的，雙口RAM相當(dāng)于ARM的外部存儲(chǔ)器，F(xiàn)PGA程序中的數(shù)據(jù)選擇器模塊為各個(gè)雙口RAM分配了連接的地址空間.當(dāng)4個(gè)雙口RAM數(shù)據(jù)存滿(mǎn)后，由A/D轉(zhuǎn)換控制模塊給ARM反饋一個(gè)“采樣結(jié)束”信號(hào)，并控制關(guān)閉雙口RAM的寫(xiě)入使能端，此時(shí)ARM依次從各個(gè)雙口RAM中讀取超聲回波數(shù)據(jù)到待發(fā)緩沖區(qū)中，等待上傳給上位機(jī).

3.2 ARM的軟件設(shè)計(jì)

ARM的軟件基于Linux操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)對(duì)超聲回波數(shù)據(jù)的處理傳輸和對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的控制，程序采用多線(xiàn)程設(shè)計(jì)，充分利用了Linux系統(tǒng)優(yōu)越的多線(xiàn)程管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)采集的同步.程序工作流程如圖4所示.

系統(tǒng)上電后，開(kāi)啟主線(xiàn)程，主線(xiàn)程程序?qū)ο到y(tǒng)硬件資源及參數(shù)變量進(jìn)行初始化，并進(jìn)入等待上位機(jī)命令狀態(tài).一旦接收到“自動(dòng)掃描”的上位機(jī)命令后，ARM便向FPGA發(fā)送“采樣開(kāi)始”信號(hào)，此時(shí)創(chuàng)建采集控制線(xiàn)程并進(jìn)入該線(xiàn)程執(zhí)行，該線(xiàn)程會(huì)一直等待FPGA反饋“采樣結(jié)束”信號(hào)，該信號(hào)一旦到來(lái)，此線(xiàn)程便控制ARM從FPGA中提取超聲回波數(shù)據(jù)并以以太網(wǎng)的方式將其上傳至上位機(jī).此時(shí)采集控制線(xiàn)程掛起，主線(xiàn)程控制電機(jī)在X軸方向上運(yùn)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)距離，并判斷電機(jī)是否到達(dá)限位開(kāi)關(guān)處或掃描終點(diǎn)處，若沒(méi)有則再次進(jìn)入采集控制線(xiàn)程進(jìn)行超聲采集，若已到達(dá)限位開(kāi)關(guān)處則控制電機(jī)向Y軸方向上運(yùn)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)距離后再切換至采集控制線(xiàn)程進(jìn)行超聲采集，若已到達(dá)終點(diǎn)則掃描結(jié)束.

圖4　ARM軟件流程圖Fig.4 Software flow chart of ARM

4　上位機(jī)與多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端的通信軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)與多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端之間通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)連接，采用UDP/IP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信.上位機(jī)作為以太網(wǎng)通信的客戶(hù)端，其程序框圖如圖5所示.

圖5　UDP通信客戶(hù)端程序框圖Fig.5 Client program block diagram of UDP communication

在LabVIEW軟件下，使用“UDP Open Connection”節(jié)點(diǎn)打開(kāi)UDP服務(wù)，使用“UDP Write”節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器端發(fā)送用戶(hù)指令，使用“UDP Read”節(jié)點(diǎn)讀取服務(wù)器端發(fā)送來(lái)的有效UDP數(shù)據(jù)用于后期處理，使用“UDP Close Connection”節(jié)點(diǎn)可關(guān)閉UDP連接.多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端作為以太網(wǎng)通信的服務(wù)端，基于Linux操作系統(tǒng)程序調(diào)用socket（）函數(shù)建立UDP套接字，調(diào)用bind（）函數(shù)將套接字與地址結(jié)構(gòu)進(jìn)行綁定，調(diào)用recvfrom（）函數(shù)和sendto（）函數(shù)分別完成接發(fā)UDP數(shù)據(jù)功能，調(diào)用close（）函數(shù)可關(guān)閉套接字.

5　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件在LabVIEW軟件下采用G語(yǔ)言設(shè)計(jì)[9]，集電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制功能、信號(hào)濾波功能、信號(hào)增益功能、超聲波A和C掃描成像功能、缺陷定位功能及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能于一身.其軟件界面如圖6所示.

圖6　上位機(jī)界面圖Fig.6 Interface diagram of upper computer

電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制功能包括電機(jī)的手動(dòng)控制與自動(dòng)控制.可手動(dòng)控制X軸、Y軸、Z軸、R軸電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)；可實(shí)現(xiàn)電機(jī)自動(dòng)復(fù)位與自動(dòng)掃描，自動(dòng)掃描過(guò)程中可隨時(shí)手動(dòng)中止掃描.

軟件設(shè)計(jì)了契比雪夫?yàn)V波器與信號(hào)放大器，可對(duì)超聲回波信號(hào)中的噪聲作進(jìn)一步濾除，可將小缺陷信號(hào)進(jìn)行二次放大以便于系統(tǒng)識(shí)別.

多路超聲回波數(shù)據(jù)上傳之前，ARM程序已將各路數(shù)據(jù)的第一位設(shè)置為標(biāo)識(shí)位，以字符1～8分別標(biāo)識(shí)8路超聲回波數(shù)據(jù).上位機(jī)根據(jù)不同的標(biāo)識(shí)位將這8路超聲回波數(shù)據(jù)輸出到相應(yīng)的波形圖控件進(jìn)行A掃描顯示，A掃波形的X軸表示采樣點(diǎn)數(shù)，Y軸表示采樣值的大小.

上位機(jī)軟件設(shè)置了8個(gè)探傷閥門(mén)，可分別截取8路超聲回波數(shù)據(jù)中一次表面回波到一次底面回波這段有效數(shù)據(jù).取該段數(shù)據(jù)中的最大值輸出到強(qiáng)度圖控件進(jìn)行描點(diǎn)，強(qiáng)度圖控件可根據(jù)該值的大小對(duì)所描點(diǎn)顯示不同的顏色.所描點(diǎn)的坐標(biāo)為探頭當(dāng)前探傷位置坐標(biāo).強(qiáng)度圖控制界面被分為8個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一路超聲通道，區(qū)域橫向大小對(duì)應(yīng)8路探頭排放的間距，縱向大小對(duì)應(yīng)掃描的Y軸距離，當(dāng)8個(gè)探頭掃描完畢，8個(gè)區(qū)域正好連接在一起形成一幅完整的超聲探傷C掃圖.

根據(jù)C掃圖上缺陷所在位置的坐標(biāo)值，在軟件界面上手動(dòng)輸入該值可令預(yù)定探頭移動(dòng)到該位置進(jìn)行缺陷定位，此時(shí)可對(duì)該局部區(qū)域進(jìn)行高精度掃描以得到缺陷的高質(zhì)量C掃圖，掃描結(jié)束后可將掃描結(jié)果導(dǎo)出為excel表格或者.jpg格式以作保存.

6　實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由上位機(jī)軟件、多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端及汕頭超聲有限公司生產(chǎn)的5PΦ14F95型點(diǎn)聚焦水浸探頭[10]組成.多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端實(shí)物圖如圖7所示.檢測(cè)對(duì)象為RB-1試塊，試塊材質(zhì)為20#鋼，其內(nèi)部有一個(gè)直徑為3 mm、長(zhǎng)為40 mm的缺陷.缺陷橫截面及超聲探頭掃描路徑示意圖如圖8所示.圖8中以四路探頭為例，將四路探頭并排地等間距固定在探頭固定桿上[11]，探頭之間的距離為工件長(zhǎng)度的1/4，掃描時(shí)4個(gè)探頭均按圖8中箭頭所指路線(xiàn)在試塊表面做弓字型掃描.

圖7　多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)終端實(shí)物圖Fig.7 Physical map of multi-channel ultrasonic automatic test terminal

掃描前，需要調(diào)整水中探頭至所測(cè)工件表面的最佳距離，使一次表面回波和一次缺陷回波清晰可辨，二次表面回波在一次底面回波之后[12-13].探頭水浸結(jié)構(gòu)圖如圖9所示.

根據(jù)圖9中探頭水浸結(jié)構(gòu)可用如下公式計(jì)算探頭在水中距離工件表面的最佳距離：

圖8　RB-1試塊內(nèi)部缺陷橫截面及探頭掃描路線(xiàn)示意圖Fig.8 Internal defect section of RB-1 test block and probe scanning line

圖9　探頭水浸結(jié)構(gòu)圖Fig.9 Structure diagram of probe in water

式中：F為水中焦距；MP為試塊中焦點(diǎn)距試塊上表面距離；Ctm為超聲波在鋼中速率；Cw為超聲波在水中速率.

已知RB-1試塊厚為40 mm，取MP= 20 mm，實(shí)驗(yàn)所用探頭水中焦距F = 95 mm，常溫下超聲在水中的傳播速率為1 482 m/s，在鋼中為5 900 m/s[14]，根據(jù)（1）式計(jì)算最佳距離WP= 15.37 mm.

實(shí)驗(yàn)中分別設(shè)置不同的分辨率、步進(jìn)、掃描速率對(duì)試塊進(jìn)行對(duì)比探傷試驗(yàn)，對(duì)比結(jié)果如圖10所示.

由圖10可知，參數(shù)設(shè)置為分辨率1 300*200，步進(jìn)0.2 mm，掃描速率5 mm/s和25 mm/s，對(duì)Φ3 mm孔徑的C掃描成像效果好，在分辨率與步進(jìn)值不變情況下，增加掃描速率對(duì)C掃描成像影響不大，相反掃描速率的增加有利于提高掃描效率.試驗(yàn)表明：分辨率越高，步進(jìn)距離越窄，C掃描成像效果越好，圖10中1#和2#證明了此點(diǎn).

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著步進(jìn)的增大掃描速率也相應(yīng)加快，但是成像效果會(huì)相應(yīng)降低，考慮到大型工件面積很大，為了保證高掃描效率，可增大步進(jìn)對(duì)大型工件先作粗掃描；再利用系統(tǒng)的缺陷定位功能定位到缺陷所在區(qū)域；然后減小步進(jìn)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行精掃描，從而得到缺陷的高質(zhì)量C掃圖.

圖10　不同設(shè)置參數(shù)C掃描成像對(duì)比試驗(yàn)Fig.10 Contrast test of different setting parameters for C scan imaging

7　結(jié)語(yǔ)

本文研制了一種多路超聲波自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，采用FPGA+ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件電路，并分別采用VHDL語(yǔ)言和C語(yǔ)言設(shè)計(jì)了FPGA軟件和ARM軟件，實(shí)現(xiàn)了超聲的自動(dòng)探傷功能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）系統(tǒng)利用UDP/IP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)的遠(yuǎn)程以太網(wǎng)通信功能，在LabVIEW中編寫(xiě)的系統(tǒng)上位機(jī)控制軟件能夠?qū)﹄姍C(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行手動(dòng)控制與自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超聲檢測(cè)的遠(yuǎn)程控制及對(duì)超聲數(shù)據(jù)的處理和實(shí)時(shí)成像顯示功能.

（2）通過(guò)設(shè)置不同的分辨率、步進(jìn)和掃描速度的試驗(yàn)，得出本系統(tǒng)在進(jìn)行C掃自動(dòng)探傷時(shí)，分辨率越高，步進(jìn)距離越窄，C掃描成像效果越好，越有利于后續(xù)對(duì)缺陷的定性分析.適當(dāng)增大步進(jìn)距離可加快掃描速度從而提高掃描效率，但是成像質(zhì)量會(huì)降低，可見(jiàn)各有利弊.針對(duì)大型工件特有屬性，可采用“粗掃+細(xì)掃”的方案以提高掃描效率.

（3）本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多路超聲快速自動(dòng)探傷和遠(yuǎn)程控制，提高了超聲檢測(cè)的精度、效率、可靠性以及連續(xù)性.但最大掃描速度有所限制，本系統(tǒng)是以四通道為一組進(jìn)行時(shí)分復(fù)用超聲探傷的，可在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)超聲數(shù)據(jù)作壓縮處理并增加超聲通道數(shù)，可以進(jìn)一步提高大型工件檢測(cè)效率，同時(shí)希望在今后的研究中能找到更好的解決方案，進(jìn)一步優(yōu)化該系統(tǒng).

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Multi-channel automatic ultrasonic testing system based on Ethernet

MIAO Chang-yun，LUO Tong-rong，BAI Hua
（School of Electronics and Information Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

Abstract：In order to solve the questions such as high requirement for inspection personnel，low detection efficiency，easy to leak detection and false detection for the ultrasonic detection to large object's defects，a multi-channel automatic ultrasonic testing system was designed. FPGA and ARM were used as core chip to design its hardware circuit，VHDL language was used to write the software of FPGA，C language was used to write the software of ARM. UDP/ IP protocol was used to write the Ethernet communication software between the multi-channel automatic ultrasonic testing system and the upper computer，the upper computer software is designed by LabVIEW. The results of experiment show that this system can realize functions such as the automatic ultrasonic testing for defects of large object，real time display of C scan imaging and defects locating. This system has many advantages such as high precision，high detection efficiency and operating convenience.

Key words：automatic detection；defect location；Ethernet；ARM+FPGA；C scan imaging；ultrasonic test

通信作者：苗長(zhǎng)云（1962—），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)及光電檢測(cè)技術(shù). E-mail：miaochangyun@tjpu. edu.cn

收稿日期：2015-09-01基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51274150）

DOI：10.3969/j.issn.1671-024x.2016.01.009

中圖分類(lèi)號(hào)：TG115.285；TP391

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671－024X（2016）01－0043－07