高温炉管超声检测与诊断系统的设计与实现

摘要

石化行业中的制氢炉是其工艺流程中重要的一环，高温炉管是制氢炉的核心部件。由于服役条件恶劣，炉管内部可能产生裂纹，裂纹发展到一定程度会导致炉管局部开裂，严重影响设备的安全运转，因而需要定期进行检修。超声检测以其准确可靠、操作简单、成本低廉、安全无害等特点成为高温炉管损伤检测的主要手段。
　　目前，市场上的超声检测设备以便携式通用数字超声探伤仪为主，适合于单点手动检测，检测效率较低。针对高温炉管超声检测特点研制的组合式模拟超声检测系统虽然能够实现炉管损伤程度的连续、快速检测，但是存在着数据不易保存和处理，检测结果受焊缝影响，设备体积大、重量大、不便组装等缺点。同时，超声检测技术、信号处理技术和计算机技术的迅猛发展对超声检测设备制造领域产生了重大影响。因此研发数字化、便携化、智能化水平更高的新一代炉管检测系统对于提高系统性能、把握市场机遇具有重要意义，本文主要研究新系统电子部分的设计与实现。
　　根据实际的项目需要及超声检测技术的研究现状和潮流，利用虚拟仪器技术完成了系统升级，新系统采用运动测头和虚拟超声检测仪架构，能够实现焊缝识别、蠕胀检测、位置检测、数字化显示与存储、智能诊断等功能。
　　运动测头由与炉管进行机械耦合的超声探头架和实现管壁位移信息采集、位置信息采集等功能的测量头组成。本文以C8051F005单片机为控制核心，合理选择外围器件，完成了测量头的软硬件方案设计。虚拟超声检测仪由超声数据采集卡、无线收发器和计算机软硬件三部分构成。这一部分设计的重点和关键是编写超声检测应用软件，本文利用微软基础类(MFC)完成了图形化操作面板的设计，采用BP神经网络算法实现了超声损伤状态的智能诊断。
　　多位检测人员使用本系统的超声检测应用软件后的反馈结果表明软件的人机交互界面友好，操作便捷，使用体验良好。利用本系统在多家石化企业现场检测的结果表明，本系统的数据采集部分稳定可靠，智能诊断结果接近检测专家的水平。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 超声检测的发展历程与研究现状

1．2．1 发展历程

1．2．2 研究现状

1．3 研究目标和主要工作

1．4 本文结构

2 系统总体方案设计

2．1 高温炉管超声检测的基本原理

2．2 测量头方案设计

2．2．1 焊缝检测

2．2．2 位置检测

2．2．3 数据传输

2．2．4 控制单元

2．2．5 供电电源

2．3 虚拟超声检测仪方案设计

2．3．1 超声数据采集卡

2．3．2 无线收发器

2．3．3 超声检测应用软件

2．4 本章小结

3 高温炉管损伤状态的智能诊断方法

3．1 焊缝识别

3．1．1 焊缝数据特征分析

3．1．2 焊缝识别算法

3．1．3 焊缝识别结果与分析

3．2 炉管损伤评级

3．2．1 超声数据特征分析

3．2．2 炉管损伤评级算法

3．2．3 损伤评级结果与分析

3．3 本章小结

4 测量头方案的实现

4．1 硬件电路设计

4．1．1 最小系统电路设计

4．1．2 外围电路设计

4．1．3 电源电路设计

4．1．4 控制单元引脚分配

4．2 程序设计

4．2．1 程序功能分析

4．2．2 主程序设计

4．2．3 中断函数程序设计

4．3 安装调试

4．4 本章小结

5 超声检测应用软件方案的实现

5．1 数据采集

5．1．1 测量头数据获取

5．1．2 超声数据采集卡参数配置与数据读取

5．1．3 数据结构设计

5．2 数据分析与处理

5．3 数据显示

5．3．1 超声卡参数配置界面的数据显示

5．3．2 主界面的数据显示

5．3．3 报告生成界面的数据显示

5．4 数据保存与读取

5．4．1 利用Excel存储数据

5．4．2 利用BMP位图文件保存结果

5．4．3 打印特征曲线

5．5 实验结果

5．6 本章小结

结论

参考文献

附录 交互界面与实验结果展示

致谢