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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）基于射线管材壁厚连续测量系统设计摘 要由于管材的局部严重减薄会对管道的安全运行构成威胁，所以在管材的使用过程中，需要定期对管材的厚度进行检测。作为同位素仪表的一个分支，射线测厚仪在工业测量中也越来越多地发挥重要作用。射线测厚仪由放射源、探测器、信号处理电路这三部分组成。本设计是对管材的壁厚进行连续检测，其中采用虚拟仪器对射线测厚仪进行控制，取代了传统的单片机控制。主要有这两方面的内容：其一、射线连续测厚系统的硬件设计。由于电流电离室出来的信号很微弱，需要运用信号放大电路对其进行放大后送给数据采集卡。其二、基于虚拟仪器的软件设计。其中信号的处理将采用Lab
2、VIEW来完成。主要考虑信号的滤波和放大，接着再进行标度变换，最后的管材壁厚值分别用波形图和具体数值显示。关键词：同位素仪表；射线；虚拟仪器；数据采集卡； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）-ray-based measurement system for pipe wall thickness designAbstractAs a result of severe local thinning pipe pipeline would pose a threat to the safe operation, so the use of tubes, the need to regular
3、ly test the thickness of pipe. Instrument as a branch of the isotope, -ray thickness measurement in industry is also increasingly playing an important role. by -ray thickness gauge sources, detectors, signal processing circuit which is composed of three parts.The design of the wall thickness of pipe
4、 for continuous detection, in which the use of virtual machines on the -ray Thickness Gauge control to replace the traditional single-chip control. There are two aspects: first, -ray thickness measurement system for hardware design. As the current from the ionization chamber signal is very weak, nee
5、d to use their signal amplification circuit to the data acquisition card. Second, based on virtual instrument software design. Signal processing which will be used to complete LabVIEW. The main consideration signal filtering and amplification, and then scaling to transform, the final value of the pi
6、pe wall thickness, respectively, and specific numerical waveform display.Key words: Isotope Instrumentation; -ray; virtual instrument; data acquisition card;内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 课题研究的背景和意义11.1.1 研究背景11.1.2 研究意义11.2 无损检测技术11.2.1 无损检测的概述11.2.2 无损检测的方法21.2.3 无损检测技术的发展趋势41.3
7、管材壁厚测量的方法41.3.1 射线测厚仪41.3.2 超声波测厚仪51.3.3 射线测厚仪5第二章 透射式射线测厚仪72.1 射线的简述72.2 射线与物质相互作用的形式72.2.1 光电效应72.2.2 康普顿效应82.2.3 电子对效应82.3 射线测厚仪92.3.1 透射式射线测厚仪92.3.2 散射式射线测厚仪102.4 透射式射线测厚仪的组成102.4.1 放射源112.4.2 探测器112.5 透射式射线测厚仪的工作原理12第三章 基于射线连续测厚系统的硬件设计143.1 硬件基本结构143.2 Cs放射源143.3 电流电离室153.4 信号放大电路163.5 PCI-6221
8、数据采集卡173.5.1 数据采集卡的概述173.5.2 PCI-6221数据采集卡的组成183.5.3 PCI-6221数据采集卡的规格及其引脚图183.6 数据采集卡与计算机的通信193.7 本章小结20第四章 基于射线连续测厚系统的软件设计214.1 虚拟仪器简介214.2 虚拟仪器的组成224.2.1 硬件结构224.2.2 软件结构234.3 虚拟仪器的基本工作原理及特点244.4 基于射线连续测厚系统的软件框图244.5 基于射线连续测厚系统的前面板设计254.6 基于射线连续测厚系统软件框图程序274.6.1 数据采集274.6.2 滤波284.6.3 放大294.6.4 显示及
9、报警294.6.5 数据存储304.6.6 数据读取314.7 本章小结32第五章 调试与总结335.1 调试335.2 总结与展望335.2.1 总结335.2.2 展望34参考文献35附录 虚拟射线连续测厚系统框图程序37致谢38 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引 言1.1 课题研究的背景和意义1.1.1 研究背景2006年1月31和2月15日某热电厂B4水冷壁管连续发生破裂事故，事后对水冷壁管进行化学成分分析、宏观分析、断口微观分析及硬度检验，结果表明，水冷壁管的破裂是由于向火面管内侧发生蒸汽腐蚀和氢腐蚀，使得管壁减薄所致。根据介质特性及工艺条件的不同，金属管道在使用过
10、程中，其整体或局部可能受到腐蚀、冲蚀、磨损等破坏性作用，使管壁逐渐减薄。缓慢的均匀减薄对管道的安全运行影响不大，局部的非均匀减薄会影响管道的强度，严重的局部减薄则会对管道的安全运行构成威胁。因此对在役金属管道、尤其是压力管道进行定期检测时均把壁厚检测作为主要的检测项目之一。1.1.2 研究意义对在役金属管道进行壁厚检测的主要目的是为了探测管道在使用过程中壁厚的减薄程度，并依此推测壁厚减薄速度、在一定时期内的减薄总量，通过计算分析判定剩余壁厚能否满足强度及使用寿命的要求。1.2 无损检测技术1.2.1 无损检测的概述随着监督检测手段的不断完善，检测仪器的不断发展，质量监督检测工作的科技含量也在不
11、断增加。无损检测就是建立在现代科学基础之上监督检测技术。无损检测技术(NDT)是在不损害材料/工件使用性能的前提下，用于检测其特征质量，确定其是否已达到特定的工程技术要求，是否还可以继续服役的方法，它是检验产品的质量、保证产品安全、延长产品寿命的必要的可靠技术手段。它有着比常规检测方法更为突出的特点：非破坏性、随机性、远距离探测、现场检测，且检测数据可连续性采集，并通过数理分析和逻辑判断，能够比较准确地推定出质量的状况，从而弥补了以往质量监督检测中单纯以“查、看、审、量”的观感检查和外形质量控制偏差来推及工程质量优劣的做法，使监督检测的结果更具有真实性、科学性和权威性。1.2.2 无损检测的方
12、法经过各国科技工作者的不懈努力，无损检测技术得到了很大的进展，目前形成了五种常规的无损检测的方法，即超声检测(Ultrasonic)、射线检测(Radiographic)、涡流检测(EddyCurrent)、磁粉检测(Magnetic Particle)、渗透检测(Penetrant)。1）超声检测超声检测利用的是超声波在介质中传播的特点。当超声波在介质中传播超声时，在不同性质的介面将发生反射、折射和复杂的波型转换，使超声波被吸收和散射，检测、分析反射信号后透射信号即可实现对缺陷的检测。超声检测具有很多优点：具有很强的穿透力，并且对于很小的伤痕，也能够准确地检测出并进行定位，同时，配以一些自动
13、扫描装置及微处理器计算机的设备，这项技术的应用则更为完善和丰富。但该技术对操作者有较高的要求，对于一个很大的检测，一次只能检测很小的一部分。2）射线检测射线的种类有很多，如x射线、射线等。选择什么样的射线取决于待测物体材料的厚度。检测时，射线靠近试样，射线与物质的原子将发生复杂的相互作用，导致透射射线强度衰减，而缺陷部位对射线的衰减不同于无缺陷的部位，由胶片捕捉记录透射射线的强度。胶片经过处理得到了图像，进行灵敏的实时监测，但射线对人体有害。因此操作者除了必须懂得操作规程外，还应有有效的保护措施及警告信号。3）涡流检测涡流检测有一定的局限性，仅能用于导体的电磁技术。涡流检测是根据电磁感应原理，
14、导电材料在变交磁场作用下将产生涡流，导电材料的表面层和近表面层的缺陷会影响产生涡流的大小和分布。当电磁线圈移到金属物的表面，涡流就导入试样中。这种由电流所建立起来的磁场刚好与原磁场的方向相反。由于损伤的存在以及材料内部的缺陷，涡流必将发生畸变，线圈的阻抗将因此而发生变化。通过仪器测量阻抗的变化，进一步分析并研究材料的缺陷和损伤。4）磁粉检测磁粉检测的原理是利用损伤会改变磁力线的分布情况，从而显现材料的缺陷。当磁性材料工件磁化时，在工件表面和近表面的缺陷处将产生漏磁场，这些漏磁场可以吸引磁粉，磁粉的痕迹可以显示缺陷的位置、形状和尺寸。现在可供使用的磁粉种类繁多，可依据要求来选择。该检测方法主要用
15、于材料表面的探伤，有时也可用于浅表面的损伤。但随着损伤的深度和类型的变化，其有效性会受到极大的影响，值得注意的是试样表面的不平和划痕也会对磁力线的走向产生影响。因而，在应用这种方法时，应先对表面进行处理。5）渗透检测渗透检测采用渗透剂渗入工件表面开口缺陷，在清除工件表面的渗透剂后，从缺陷渗入的渗透剂可显示缺陷的位置、形状和大小。渗透剂有荧光渗透剂和着色渗透剂两种。渗透检测可用于表面穿透性裂纹的检测，具有简便、快捷、可靠等特点。但在检测前必须清洁工件，以消除渗透油和显影液的污染。随着工业生产和科学技术的进步，无损检测技术也得到飞速发展，不仅超声、射线等传统的检测技术青春长存，而且还产生了像激光全息干涉、电子剪切成像、激光超声、红外、声发射、微波、远场涡流、电磁超声、磁记忆、超声相控阵等众多的无损检测新方法、新技术。1.2.3 无损检测技术的发展趋势第十五届世界无损检测会议(WCNDT)肯定了无损检测技术未来的发展趋势向无损评价(NDE:Non-Destructive Evaluation)方向发展。无损检测不但要在不损伤被检对象使用性能的前提下，探测其内部或表面的各种宏观缺陷，判断缺陷的
