基于虚拟仪器技术的电磁超声数据采集和分析软件设计

　　0　引言

　　电磁超声(EMAT,电磁声传感器)技术是用于导体和铁磁材料检测的非接触无需耦合剂的超声发生技术,这种非接触的独特优点使其在无损检测领域 具有良好的应用前景。电磁超声最初见于20世纪60~70年代国外的文献中[1-4],国内关于电磁超声的研究始于20世纪70年代钢铁研究总院张广纯的 工作[5],目前在国内主要应用于管材、板材等材料的出厂质量检测和火车车轮踏面的检测[6-8]。

　　图1为电磁超声检测装置的系统框图,采用了双线圈(一发一收)检测方式。激励线圈部分采用正弦脉冲串作为激发,接收线圈根据布置情况接收直接到达和各次反射超声波信号。

　　1　程序结构和实现

　　EMAT数据采集和分析软件的开发工作采用“项目浏览器”工具进行管理。LabVIEW软件从8. 0版本开始引进了这一工具,使用该工具可以方便地实现对所开发的VI的管理,同时也包含了生成. exe可执行程序和安装包的功能。该软件包含EMATMain. vi、ScanMap. vi、SignalView. vi和SignalViewOpera-tion. vi共4个子VI和EMATGloba.l vi一个全局变量。

　　EMATMain. vi是主VI(程序运行后第一个运行的VI),提供了软件的基本界面(如图2所示),完成数据采集和功能调度等;该VI结构框图在图3中给出。主程序主要 包含3块代码,初始化部分最先执行,完成一次性的环境初始化工作;包含事件结构的While循环(循环A)响应用户对界面的操作;并行运行的数据采集 While循环(循环B)在循环A的控制下完成数据连续采集工作;初始化部分引出一根数据线接在两个循环的边框作为伪输入,这样LabVIEW的数据流驱 动机制决定了初始化部分最先执行而两个While循环结构随后并行运行。

　　数据采集部分采用了PCI接口的9812采集卡,该采集卡最高采样率为20MS/s,足以实现该检测设备使用过程中频率范围(几百 kHz~1MHz)的目标超声信号的采集。随该采集卡提供的LabVIEW接口函数库可以直接用于LabVIEW开发环境使用。函数库中的函数或子VI与 LabVIEW自带的传统DAQ VI非常相似,便于学习和使用。

　　电磁超声响应信号的采集不是涉及循环缓冲的连续采集的过程,而是以响应信号的开火噪声作为触发的有限数据的采集,即每次触发后采集一段时间的连 续数据并进行处理,处理完成后才根据用户选择决定是否开始捕捉下一次触发,两次读取数据之间的数据都被舍弃。这种工作模式和示波器的触发采集相似。主程序 提供了单次触发采集和连续触发采集功能供用户选择,其区别在于单次触发采集捕捉一次触发并读取和处理数据后不再采集数据,在连续触发采集下,捕捉一次触发 并读取和处理数据后自动开始捕获新的触发并采集和处理数据。从实现角度看,单次采集代码置于循环A中的事件结构的“单次采集”按钮的“值改变”事件分支 内,这样将锁住用户界面直到采集和处理完成;连续触发采集代码置于循环B内,在循环A中的“开始采集”和“结束采集”按钮动作响应的控制下进行采集,这种 控制采用几个布尔类型的全局变量加以实现。采集到的响应信号是有正有负的近似正弦脉冲串信号,一般更关注信号的包络。包络检测使用了如下简单算法: