虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台的制作方法
专利名称：虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机虚拟现实技术领域，特别是涉及用于无损检测培训的一种虚拟超声 波探伤仪与探头性能测试的实验平台。
背景技术：
无损检测是一门新兴的综合性应用技术科学，是建立现代工业的基础和保证，被形象 称之谓"工业医生"。超声波检测因其能灵敏地检测出工件内部缺陷，且对环境无辐射污 染、对检测材料无限制、应用范围广泛等诸多优点，成为当今工业产品质量控制和生产过 程安全监督最重要的手段。但是超声波也因其在工件内部的传播过程不可见，给从业人员
掌握超声检测理论和实践操作技能设置了很大障碍；而各类工件的材质和结构复杂，缺陷
的形状、大小、位置和方向千差万变，令从业人员识别缺陷信号更加困难。这些瓶颈导致 目前我国持有超声检测中级及以上职业证书的人员非常紧缺，安全隐患常干扰我国人民群 众的正常生活。要大力提高和培训超声检测人员的技术水平，除了提供仪器和各种探头之 外，还需具有各种反射体(缺陷)的模拟试块和指导老师，因此，有必要开发一种新型的 基于虚拟技术的用于无损检测培训的"虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台"。
虚拟现实技术其本质是客观事物在计算机上的一种仿真实现。目前，虚拟现实系统随 着发展正逐渐应用到各个领域，主要表现在工程、科学研究和教育培训之中。虚拟培训是 虚拟现实技术的重要应用之一(请见参考文献1)。
国外对虚拟超声检测的研究主要涉及超声在不同结构材料中的声场分布、声场与各缺 陷体的作用模拟，如多层结构材料、奥氏体材料中的声场计算模拟，以及回波预测和成像，
主要有(一)用于复杂结构和材料的检测特性研究，为解释和分析检测结果提供工具， 帮助对检测结果的理解和辨别；(二)验证探伤方法和工艺的可行性，确定它的局限性， 对某种探伤方法进行评估，尤其是核电站中应用较多，以帮助制定探伤工艺；对已有的探 伤方法进行设计与优化，尤其应用在相控阵方法中等；探头设计等(请见参考文献2和3)。
我国也有不少研究者进行了超声检测的模拟研究。张伟志、钢铁等人利用超声传播原 理和几何光学简化模型，基于VB开发了超声检测分析计算和模拟仿真软件，实现了超声 传播路径的模拟(请见参考文献4)。马永光、刘玉良等人从声波理论出发，用单步跟踪 法对超声检测过程进行了计算机模拟，实现超声波在介质环境内传播过程的可视化(请见 参考文献5)，但是这些研究只是为波谱分析而用。国内研究仅仅限于结构件检测性预测 和检测工艺设计等研究而用，虽然也有多媒体培训对超声检测机理与过程的动画模拟，但 能用于真实的交互性操作的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台究还未见报道。
国内外未见报道有进行虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是利用LabVIEW (实验室虚拟仪器开发工具)在计算机
上开发一套将超声波探伤仪器、探头、试块相互关联的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试 的实验平台，以帮助受训者在电脑上身临其境，进行模拟超声波探伤操作，了解和掌握仪 器与探头综合性能测试的操作要点。
本发明按下述技术方案解决其技术问题包括用于实验训练所需的虚拟硬件和模块软 件。其中虚拟硬件主要由虚拟的A型超声波探伤仪、虚拟的超声波探头与虚拟的试块 构成，虚拟的超声波探头由鼠标控制在虚拟试块上移动，当声波遇到反射体时虚拟的超声 波探头便激发一个仿真信号通过数据通道传到虚拟超声波探伤仪上显示出来；模块软件主 要由鼠标控制的对所述虚拟硬件的相互关联的多种组合，并以可视化表现的依据超声波探 伤仪与探头综合性能测试要求所设计的系列实验。
本发明提供的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试的实验平台(以下简称实验平台)与 现有技术相比具有以下的主要优点-
本实验平台的核心与创新点在于让受训者在没有真实的超声探伤仪、探头、试块和 老师(因超声波传播不可见性决定)的情况下，借助计算机与本发明，进行超声波探伤仪 与探头综合性能测试实验操作训练；了解和掌握A型超声波探伤仪的性能与使用，三种探 头的波形特点与使用，标准试块、参考试块和模拟试块的特点与用途。受训者用鼠标点击
虚拟(CTS-22型模拟探伤仪)按扭或按键(HS510数字探伤仪)，可以调整和显示探伤仪 的状态，用鼠标还可以控制虚拟探头在虚拟试块上的移动和扫查，实时观察到声束的传播 规律、在各种反射界面上的变化，并与之对应的探伤仪显示的信号幅度和位置。
本发明解决了超声检测受训者在没有超声探伤仪、探头、试块和老师指导的情况下， 不能进行实验操作训练的问题。本实验平台所构建的由鼠标控制的仪器、探头、与试块间 的关联度决定了其强大的互动性，由可视化表现的声束、反射体与回波信号间的对应关系 决定了其良好的自学性，只需在普通电脑中安装该平台即可进行系列超声检测实验训练决 定了其可观的经济性，特别具有推广应用价值。
图1为本发明实验平台框架图。
图2为每个实验模块的实现图。
图3为声波在工件中传播可视化模块图。
图4为声波与反射体相互作用产生波形信号的函数模块图。
图5为鼠标控制虚拟的超声波探头移动的模块图。
具体实施例方式
本发明公开了利用LabVIEW软件开发的一套虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验 平台，虚拟的超声波探伤仪(CTS-22型模拟仪和HS510数字仪)、虚拟的超声波探头(纵 波直探头、横波斜探头和表面波斜探头探头)和虚拟的试块(标准试块、参考试块和模拟 试块)性能指标和功能指标与其真实的硬件相同，用鼠标可对所述虚拟硬件的功能和状态 (符合真实实验)进行控制，虚拟硬件之间按超声波传播规律对应和关联，该实验平台虚
拟的超声波探伤仪与探头性能测试实验过程与实际实验过程一致。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
一. 整个实验平台的构架(参见图1)
包括用于实验训练所需的虚拟硬件和模块软件。其中虚拟硬件主要由虚拟的A型 超声波探伤仪、虚拟的超声波探头与虛拟的试块构成，虚拟的超声波探头由鼠标控制在虚 拟试块上移动，当声波遇到反射体时虚拟的超声波探头便激发一个仿真信号通过数据通道 传到虚拟超声波探伤仪上显示出来；各虚拟硬件的性能指标和功能指标与真实硬件相同。 模块软件主要由鼠标控制的对所述虚拟硬件的相互关联的多种组合，并以可视化表现的依 据超声波探伤仪与探头综合性能测试要求所设计的系列实验。
所述的模块软件主要依据"超声波探伤仪与探头性能测试"的系列实验要求设计编程， 实现了用鼠标对所述虚拟硬件的功能和状态(符合真实实验)的控制和调整，可视化表现 了虚拟硬件之间关联的对应关系(符合超声波传播规律)。
所述的虛拟A型超声波探伤仪包括设有虚拟旋扭的CTS-22型模拟探伤仪和设有虚拟 按键的HS510型数字探伤仪，它们分别用鼠标控制，其中，用鼠标控制虚拟旋扭来调整 虚拟CTS-22型模拟探伤仪状态，用鼠标控制虚拟按键来调整虛拟HS510数字仪状态。
所述的虚拟的超声波探头包括虚拟的纵波直探头、横波斜探头和表面波斜探头，实验 过程中它们的移动和扫査由鼠标控制，并将不同种类探头发射出的不同声波在工件中的传 播过程呈现于受训者。其中虚拟的直探头可做纵波扫描比例调节、垂直线性测试、水平 线性测试、盲区测定、分辨力测定、灵敏度余量测定的实验。虚拟的横波斜探头做探头的 入射点和K值测定、横波扫描比例调节的实验。虚拟的表面波斜探头可做表面波扫描比 例调的实验。
所述的实验平台虚拟的探伤试块包括虛拟的超声波探伤标准试块、参考试块和模拟试 块，不同试块含有不同反射体和反射界面，满足所述实验平台中系列实验的要求。
二. 虚拟硬件的构建
虚拟超声探伤仪(CTS-22型模拟仪和HS510数字仪)主要由一个虚拟波形显示器， 若干个具有不同功能(如增益、衰减、脉冲位移、扫描量程等)的虚拟旋钮或按键组成； 旋钮(按键)功能的实现主要是通过对数据通道里的波形信号进行数学处理实现的。虚拟 的超声波探头(纵波直探头、横波斜探头和表面波斜探头探头)主要是由超声波探头的图 片和探头传输波形信号的数据通道构成。虛拟的试块(标准试块、参考试块和模拟试块) 主要是由试块图片构成的。
二.每个实验模块的结构
每个实验的主体结构都是由两部分构成的，如图2所示声波在工件中传播过程的可 视化的模块和声波与反射体相互作用产生波形信号的函数模块。鼠标的坐标作为参数使声 波在工件中传播过程的可视化模块中控制波朿的形状、长度和位置，并控制虚拟的超声波 探头对仿真信号的激发。每个实验的内容都是根据实际的超声波探伤仪与探头性能测试实 验步骤编辑的，设置了不同的虚拟的超声波探头和工件，以及不同的操作提示和操作按扭。
三. 声波在工件中传播可视化模块的结构
如图3所示通过在虚拟试块绘制弧实现声束在试块中的可视化，绘制弧中的参数值 (长度和角度)由声束可视化与反射体的函数决定。利用鼠标属性得到鼠标的坐标，然后 利用鼠标的坐标编辑出声束可视化与反射体的函数，此函数中鼠标的坐标为自变量，声束 的长度和角度为函数值，函数关系式是根据声波在试块中的传播规律编辑的。声波在试块 中的传播规律是声波沿直线传播，在反射面进行镜面反射即反射角等于入射角；直探头
激发出的声波在试块中的传播速度在5900m/s,斜探头激发出的声波在试块中的传播速度 在3200m/s。
四. 声波与反射体相互作用产生波形信号的函数模块
如图4所示编辑声波与反射体相互作用产生回波信号函数，当声束遇见反射体时， 虚拟的超声波探头便激发出一个仿真波形信号，波形信号通过数据通道传输到虛拟探伤仪 上显示出来。虚拟的超声波探头的坐标作为此函数的变量，函数值为波形信号的波幅和波 形，函数关系式是根据声波在试块中的传播规律(波幅与声程成反比，与缺陷反射面大小 成正比)得到的。
五. 鼠标控制虚拟的超声波探头移动的模块的结构
如图5所示将试块图片的位置与鼠标的坐标通过加法运算来控制虚拟的超声波探头 图片的位置，从而实现用鼠标移动虚拟的超声波探头的功能。首先利用属性节点中的试块 图片位置得到图片的坐标，然后利用属性节点中的鼠标特性得到鼠标的坐标，将两个坐标 进行加法得出的结果赋予为虚拟的超声波探头图片的坐标，因为试块的坐标保持不变，当 鼠标移动时虚拟的超声波探头的坐标也随之改变，从而实现了鼠标控制虚拟的超声波探头 移动的功能。 参考文献
1. 姜学智，李忠华；国内外虚拟现实技术的研究现状[J];辽宁工程技术大学学报， 2004 (4):238-240 。
2. Niklasson AI . Ultrasonic three — dimensional Probe modeling in anisotropic [J].Journal of the acoustical Society of America, 1998, 103(5):2432 — 2442 。
3. Bucci G. Numerical method for transit time measurement in ultrasonic sensor
applications!]".IEEE transactions on Instrumentation and Measurement ,1997 ， 46(6):1241-1246 。
4. 张伟志，刚铁，王军；超声波检测计算机模拟和仿真的研究及应用现状[J];应用 声学，2003， (3): 39-44 。
5. 马永光，刘良玉，吴勃；超声波无损检测的计算机模拟[J];华北电力大学报，2002，
(3): 98-101 。
权利要求
1.一种虚拟超声波探伤仪与探头性能测试的实验平台，包括用于实验操作所需的虚拟硬件和模块软件，其特征在于虚拟硬件主要由虚拟的A型超声波探伤仪、虚拟的超声波探头与虚拟的试块构成，虚拟的超声波探头由鼠标控制在虚拟试块上移动，当声波遇到反射体时虚拟的超声波探头便激发一个仿真信号通过数据通道传到虚拟超声波探伤仪上显示出来；模块软件主要由鼠标控制的对所述虚拟硬件的相互关联的多种组合，并以可视化表现、依据“超声波探伤仪与探头性能测试”要求所设计的系列实验。
2. 根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于虚拟A型超声波探伤仪包括设有 虚拟旋扭的虚拟CTS-22型模拟探伤仪和设有虚拟按键的虚拟HS510型数字探伤仪，它们 分别用鼠标控制，其中，用鼠标控制虚拟旋扭来调整和控制模拟仪状态，用鼠标控制虚拟 按键来调整和控制数字仪状态。
3. 根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于虚拟的超声波探头包括虛拟的纵波 直探头、横波斜探头和表面波斜探头，实验过程中它们的移动和扫査由鼠标控制，并将不 同种类探头发射出的不同声波在工件中的传播过程呈现于受训者。
4. 根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于虚拟的试块包括虚拟的超声波探伤标准试块、参考试块和模拟试块，不同试块含有不同反射体和反射界面，满足实验平台中 系列实验的要求。
5. 根据权利要求1或3或4所述的实验平台，其特征在于所述的系列实验是以可视化表现的声束、反射体与回波信号间相互对应关系的实验。
6. 根据权利要求5所述的实验平台，其特征在于所述的系列实验包括用虚拟的直探头做纵波扫描比例调节、垂直线性测试、水平线性测试、盲区测定、分辨力测定、灵敏度 余量测定。
7. 根据权利要求5所述的实验平台，其特征在于所述的系列实验包括用虚拟的横波斜探头做探头的入射点和K值测定、橫波扫描比例调节的。
8. 根据权利要求5所述的实验平台，其特征在于所述的系列实验包括用虚拟的表面波斜探头做表面波扫描比例调的实验。
全文摘要
本发明提供的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台，包括用于实验操作所需的虚拟硬件和模块软件，其中，虚拟硬件主要由虚拟的A型超声波探伤仪、虚拟的超声波探头与虚拟的探伤试块构成，各虚拟硬件的性能指标和功能指标与真实硬件相同；模块软件主要由鼠标控制的对所述虚拟硬件的相互关联的多种组合，并以可视化表现、依据“超声波探伤仪与探头性能测试”要求所设计的系列实验。本实验平台解决了超声波探伤人员在没有超声波探伤仪、探头和试块的情况下，不能进行实验操作训练的问题；用户只需在普通电脑中安装该平台，即可在与真实的超声波实验环境非常近似的场景中，进行系列超声波探伤仪与探头性能测试的实验操作，从而具有推广应用价值。
文档编号G09B25/00GK101206813SQ200710168880
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者辉 丁, 李晓红, 臣 王, 陈义园 申请人:武汉大学
技术领域：
本发明涉及计算机虚拟现实技术领域，特别是涉及用于无损检测培训的一种虚拟超声 波探伤仪与探头性能测试的实验平台。
背景技术：
无损检测是一门新兴的综合性应用技术科学，是建立现代工业的基础和保证，被形象 称之谓"工业医生"。超声波检测因其能灵敏地检测出工件内部缺陷，且对环境无辐射污 染、对检测材料无限制、应用范围广泛等诸多优点，成为当今工业产品质量控制和生产过 程安全监督最重要的手段。但是超声波也因其在工件内部的传播过程不可见，给从业人员
掌握超声检测理论和实践操作技能设置了很大障碍；而各类工件的材质和结构复杂，缺陷
的形状、大小、位置和方向千差万变，令从业人员识别缺陷信号更加困难。这些瓶颈导致 目前我国持有超声检测中级及以上职业证书的人员非常紧缺，安全隐患常干扰我国人民群 众的正常生活。要大力提高和培训超声检测人员的技术水平，除了提供仪器和各种探头之 外，还需具有各种反射体(缺陷)的模拟试块和指导老师，因此，有必要开发一种新型的 基于虚拟技术的用于无损检测培训的"虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台"。
虚拟现实技术其本质是客观事物在计算机上的一种仿真实现。目前，虚拟现实系统随 着发展正逐渐应用到各个领域，主要表现在工程、科学研究和教育培训之中。虚拟培训是 虚拟现实技术的重要应用之一(请见参考文献1)。
国外对虚拟超声检测的研究主要涉及超声在不同结构材料中的声场分布、声场与各缺 陷体的作用模拟，如多层结构材料、奥氏体材料中的声场计算模拟，以及回波预测和成像，
主要有(一)用于复杂结构和材料的检测特性研究，为解释和分析检测结果提供工具， 帮助对检测结果的理解和辨别；(二)验证探伤方法和工艺的可行性，确定它的局限性， 对某种探伤方法进行评估，尤其是核电站中应用较多，以帮助制定探伤工艺；对已有的探 伤方法进行设计与优化，尤其应用在相控阵方法中等；探头设计等(请见参考文献2和3)。
我国也有不少研究者进行了超声检测的模拟研究。张伟志、钢铁等人利用超声传播原 理和几何光学简化模型，基于VB开发了超声检测分析计算和模拟仿真软件，实现了超声 传播路径的模拟(请见参考文献4)。马永光、刘玉良等人从声波理论出发，用单步跟踪 法对超声检测过程进行了计算机模拟，实现超声波在介质环境内传播过程的可视化(请见 参考文献5)，但是这些研究只是为波谱分析而用。国内研究仅仅限于结构件检测性预测 和检测工艺设计等研究而用，虽然也有多媒体培训对超声检测机理与过程的动画模拟，但 能用于真实的交互性操作的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台究还未见报道。
国内外未见报道有进行虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是利用LabVIEW (实验室虚拟仪器开发工具)在计算机
上开发一套将超声波探伤仪器、探头、试块相互关联的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试 的实验平台，以帮助受训者在电脑上身临其境，进行模拟超声波探伤操作，了解和掌握仪 器与探头综合性能测试的操作要点。
本发明按下述技术方案解决其技术问题包括用于实验训练所需的虚拟硬件和模块软 件。其中虚拟硬件主要由虚拟的A型超声波探伤仪、虚拟的超声波探头与虚拟的试块 构成，虚拟的超声波探头由鼠标控制在虚拟试块上移动，当声波遇到反射体时虚拟的超声 波探头便激发一个仿真信号通过数据通道传到虚拟超声波探伤仪上显示出来；模块软件主 要由鼠标控制的对所述虚拟硬件的相互关联的多种组合，并以可视化表现的依据超声波探 伤仪与探头综合性能测试要求所设计的系列实验。
本发明提供的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试的实验平台(以下简称实验平台)与 现有技术相比具有以下的主要优点-
本实验平台的核心与创新点在于让受训者在没有真实的超声探伤仪、探头、试块和 老师(因超声波传播不可见性决定)的情况下，借助计算机与本发明，进行超声波探伤仪 与探头综合性能测试实验操作训练；了解和掌握A型超声波探伤仪的性能与使用，三种探 头的波形特点与使用，标准试块、参考试块和模拟试块的特点与用途。受训者用鼠标点击
虚拟(CTS-22型模拟探伤仪)按扭或按键(HS510数字探伤仪)，可以调整和显示探伤仪 的状态，用鼠标还可以控制虚拟探头在虚拟试块上的移动和扫查，实时观察到声束的传播 规律、在各种反射界面上的变化，并与之对应的探伤仪显示的信号幅度和位置。
本发明解决了超声检测受训者在没有超声探伤仪、探头、试块和老师指导的情况下， 不能进行实验操作训练的问题。本实验平台所构建的由鼠标控制的仪器、探头、与试块间 的关联度决定了其强大的互动性，由可视化表现的声束、反射体与回波信号间的对应关系 决定了其良好的自学性，只需在普通电脑中安装该平台即可进行系列超声检测实验训练决 定了其可观的经济性，特别具有推广应用价值。
图1为本发明实验平台框架图。
图2为每个实验模块的实现图。
图3为声波在工件中传播可视化模块图。
图4为声波与反射体相互作用产生波形信号的函数模块图。
图5为鼠标控制虚拟的超声波探头移动的模块图。
具体实施例方式
本发明公开了利用LabVIEW软件开发的一套虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验 平台，虚拟的超声波探伤仪(CTS-22型模拟仪和HS510数字仪)、虚拟的超声波探头(纵 波直探头、横波斜探头和表面波斜探头探头)和虚拟的试块(标准试块、参考试块和模拟 试块)性能指标和功能指标与其真实的硬件相同，用鼠标可对所述虚拟硬件的功能和状态 (符合真实实验)进行控制，虚拟硬件之间按超声波传播规律对应和关联，该实验平台虚
拟的超声波探伤仪与探头性能测试实验过程与实际实验过程一致。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
一. 整个实验平台的构架(参见图1)
包括用于实验训练所需的虚拟硬件和模块软件。其中虚拟硬件主要由虚拟的A型 超声波探伤仪、虚拟的超声波探头与虛拟的试块构成，虚拟的超声波探头由鼠标控制在虚 拟试块上移动，当声波遇到反射体时虚拟的超声波探头便激发一个仿真信号通过数据通道 传到虚拟超声波探伤仪上显示出来；各虚拟硬件的性能指标和功能指标与真实硬件相同。 模块软件主要由鼠标控制的对所述虚拟硬件的相互关联的多种组合，并以可视化表现的依 据超声波探伤仪与探头综合性能测试要求所设计的系列实验。
所述的模块软件主要依据"超声波探伤仪与探头性能测试"的系列实验要求设计编程， 实现了用鼠标对所述虚拟硬件的功能和状态(符合真实实验)的控制和调整，可视化表现 了虚拟硬件之间关联的对应关系(符合超声波传播规律)。
所述的虛拟A型超声波探伤仪包括设有虚拟旋扭的CTS-22型模拟探伤仪和设有虚拟 按键的HS510型数字探伤仪，它们分别用鼠标控制，其中，用鼠标控制虚拟旋扭来调整 虚拟CTS-22型模拟探伤仪状态，用鼠标控制虚拟按键来调整虛拟HS510数字仪状态。
所述的虚拟的超声波探头包括虚拟的纵波直探头、横波斜探头和表面波斜探头，实验 过程中它们的移动和扫査由鼠标控制，并将不同种类探头发射出的不同声波在工件中的传 播过程呈现于受训者。其中虚拟的直探头可做纵波扫描比例调节、垂直线性测试、水平 线性测试、盲区测定、分辨力测定、灵敏度余量测定的实验。虚拟的横波斜探头做探头的 入射点和K值测定、横波扫描比例调节的实验。虚拟的表面波斜探头可做表面波扫描比 例调的实验。
所述的实验平台虚拟的探伤试块包括虛拟的超声波探伤标准试块、参考试块和模拟试 块，不同试块含有不同反射体和反射界面，满足所述实验平台中系列实验的要求。
二. 虚拟硬件的构建
虚拟超声探伤仪(CTS-22型模拟仪和HS510数字仪)主要由一个虚拟波形显示器， 若干个具有不同功能(如增益、衰减、脉冲位移、扫描量程等)的虚拟旋钮或按键组成； 旋钮(按键)功能的实现主要是通过对数据通道里的波形信号进行数学处理实现的。虚拟 的超声波探头(纵波直探头、横波斜探头和表面波斜探头探头)主要是由超声波探头的图 片和探头传输波形信号的数据通道构成。虛拟的试块(标准试块、参考试块和模拟试块) 主要是由试块图片构成的。
二.每个实验模块的结构
每个实验的主体结构都是由两部分构成的，如图2所示声波在工件中传播过程的可 视化的模块和声波与反射体相互作用产生波形信号的函数模块。鼠标的坐标作为参数使声 波在工件中传播过程的可视化模块中控制波朿的形状、长度和位置，并控制虚拟的超声波 探头对仿真信号的激发。每个实验的内容都是根据实际的超声波探伤仪与探头性能测试实 验步骤编辑的，设置了不同的虚拟的超声波探头和工件，以及不同的操作提示和操作按扭。
三. 声波在工件中传播可视化模块的结构
如图3所示通过在虚拟试块绘制弧实现声束在试块中的可视化，绘制弧中的参数值 (长度和角度)由声束可视化与反射体的函数决定。利用鼠标属性得到鼠标的坐标，然后 利用鼠标的坐标编辑出声束可视化与反射体的函数，此函数中鼠标的坐标为自变量，声束 的长度和角度为函数值，函数关系式是根据声波在试块中的传播规律编辑的。声波在试块 中的传播规律是声波沿直线传播，在反射面进行镜面反射即反射角等于入射角；直探头
激发出的声波在试块中的传播速度在5900m/s,斜探头激发出的声波在试块中的传播速度 在3200m/s。
四. 声波与反射体相互作用产生波形信号的函数模块
如图4所示编辑声波与反射体相互作用产生回波信号函数，当声束遇见反射体时， 虚拟的超声波探头便激发出一个仿真波形信号，波形信号通过数据通道传输到虛拟探伤仪 上显示出来。虚拟的超声波探头的坐标作为此函数的变量，函数值为波形信号的波幅和波 形，函数关系式是根据声波在试块中的传播规律(波幅与声程成反比，与缺陷反射面大小 成正比)得到的。
五. 鼠标控制虚拟的超声波探头移动的模块的结构
如图5所示将试块图片的位置与鼠标的坐标通过加法运算来控制虚拟的超声波探头 图片的位置，从而实现用鼠标移动虚拟的超声波探头的功能。首先利用属性节点中的试块 图片位置得到图片的坐标，然后利用属性节点中的鼠标特性得到鼠标的坐标，将两个坐标 进行加法得出的结果赋予为虚拟的超声波探头图片的坐标，因为试块的坐标保持不变，当 鼠标移动时虚拟的超声波探头的坐标也随之改变，从而实现了鼠标控制虚拟的超声波探头 移动的功能。 参考文献
1. 姜学智，李忠华；国内外虚拟现实技术的研究现状[J];辽宁工程技术大学学报， 2004 (4):238-240 。
2. Niklasson AI . Ultrasonic three — dimensional Probe modeling in anisotropic [J].Journal of the acoustical Society of America, 1998, 103(5):2432 — 2442 。
3. Bucci G. Numerical method for transit time measurement in ultrasonic sensor
applications!]".IEEE transactions on Instrumentation and Measurement ,1997 ， 46(6):1241-1246 。
4. 张伟志，刚铁，王军；超声波检测计算机模拟和仿真的研究及应用现状[J];应用 声学，2003， (3): 39-44 。
5. 马永光，刘良玉，吴勃；超声波无损检测的计算机模拟[J];华北电力大学报，2002，
(3): 98-101 。
权利要求
1.一种虚拟超声波探伤仪与探头性能测试的实验平台，包括用于实验操作所需的虚拟硬件和模块软件，其特征在于虚拟硬件主要由虚拟的A型超声波探伤仪、虚拟的超声波探头与虚拟的试块构成，虚拟的超声波探头由鼠标控制在虚拟试块上移动，当声波遇到反射体时虚拟的超声波探头便激发一个仿真信号通过数据通道传到虚拟超声波探伤仪上显示出来；模块软件主要由鼠标控制的对所述虚拟硬件的相互关联的多种组合，并以可视化表现、依据“超声波探伤仪与探头性能测试”要求所设计的系列实验。
2. 根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于虚拟A型超声波探伤仪包括设有 虚拟旋扭的虚拟CTS-22型模拟探伤仪和设有虚拟按键的虚拟HS510型数字探伤仪，它们 分别用鼠标控制，其中，用鼠标控制虚拟旋扭来调整和控制模拟仪状态，用鼠标控制虚拟 按键来调整和控制数字仪状态。
3. 根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于虚拟的超声波探头包括虛拟的纵波 直探头、横波斜探头和表面波斜探头，实验过程中它们的移动和扫査由鼠标控制，并将不 同种类探头发射出的不同声波在工件中的传播过程呈现于受训者。
4. 根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于虚拟的试块包括虚拟的超声波探伤标准试块、参考试块和模拟试块，不同试块含有不同反射体和反射界面，满足实验平台中 系列实验的要求。
5. 根据权利要求1或3或4所述的实验平台，其特征在于所述的系列实验是以可视化表现的声束、反射体与回波信号间相互对应关系的实验。
6. 根据权利要求5所述的实验平台，其特征在于所述的系列实验包括用虚拟的直探头做纵波扫描比例调节、垂直线性测试、水平线性测试、盲区测定、分辨力测定、灵敏度 余量测定。
7. 根据权利要求5所述的实验平台，其特征在于所述的系列实验包括用虚拟的横波斜探头做探头的入射点和K值测定、橫波扫描比例调节的。
8. 根据权利要求5所述的实验平台，其特征在于所述的系列实验包括用虚拟的表面波斜探头做表面波扫描比例调的实验。
全文摘要
本发明提供的虚拟超声波探伤仪与探头性能测试实验平台，包括用于实验操作所需的虚拟硬件和模块软件，其中，虚拟硬件主要由虚拟的A型超声波探伤仪、虚拟的超声波探头与虚拟的探伤试块构成，各虚拟硬件的性能指标和功能指标与真实硬件相同；模块软件主要由鼠标控制的对所述虚拟硬件的相互关联的多种组合，并以可视化表现、依据“超声波探伤仪与探头性能测试”要求所设计的系列实验。本实验平台解决了超声波探伤人员在没有超声波探伤仪、探头和试块的情况下，不能进行实验操作训练的问题；用户只需在普通电脑中安装该平台，即可在与真实的超声波实验环境非常近似的场景中，进行系列超声波探伤仪与探头性能测试的实验操作，从而具有推广应用价值。
文档编号G09B25/00GK101206813SQ200710168880
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者辉 丁, 李晓红, 臣 王, 陈义园 申请人:武汉大学
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