2024年4月13日发(作者：逮婉慧)
电子技术
•
Electronic Technology
相控阵超声波仪器的校准
文/吴员 姜华 张天江
准方法进行了研究说明，为类似的设备校准提
供了参考。
试块使用材料应为项目中实际应用管材
或者声速性能相近的材料并使用与实际生产一
致的焊接程序进行焊接。校准试块反射体的尺
寸及位置参照ASME V 和 ASME B31.3 CASE
181。
摘
要
本文针对相控阵超声波设备
的特点及标准要求，给出了相控
阵超声波检测设备的基本要求及
一般性的校准方法，同时对系统
的校准试块以及认可试块的设计
及制作给出了建议，总结出比较
完善的相控阵超声波设备的校准
方法，具有较强的可操作性及参
考价值。
2 检测设备要求
数据处理系统相控阵设备应具有PE功能，
并配备2dB或者更小步进可调的控制。设备
应有独立的16/32发射/接受通道。系统能够
提供A/B/C/S四种图像显示。相控阵系统包含
聚焦法则生成软件，允许直接修改超声声束特
性。相控阵系统可以使用外接的存储设备。便
携式电脑可以通过网络连接。除了数据存储，
电脑也可以用来数据采集之后的数据分析。
如果校准中使用某项控制功能，那么影响
系统校准这些功能将不能改变。相控阵系统应
在开工前进行线性校准，校准的有效期为12
个月。设备同时还要能够支持TOFD检验。
5 设备校准
设备应进行校准以保证相控阵设备在现
场检验过程中状况良好。
5.1 屏幕高度线性
（1）相控阵设备使用纵波或者横波探头
耦合于任何能够产生两个信号的试块。
（2）调整探头使两个信号分别指80%及
40%FSH。
（3）如果相控阵设备可以在PE模式下
支持单晶片的探头，那么在线性试块中两个阻
抗可调的平底孔将提供遮这样的信号。
（4）增加增益使较大的信号调节是
100%FSH。
（5）以10%的间隔调节较大的信号直至
10%FSH。
（6）使较大的信号调整至80%，确定较
小的信号没有变化。
（7）如果第二个信号大于41%，或者小
【关键词】相控阵超声波 校准试块 灵敏度
数据分析
1 背景
近年来，碳钢对接环焊缝的检测技术不
断发展，涌现出了衍射时差法（TOFD）,全自
动超声波（AUT）,相控阵超声波技术（PAUT）
等一系列先进的无损检测手段，其中相控阵超
声波设备有检测效率高、体积灵活，而且无污
染等特点，已经逐渐占据碳钢对接环焊缝检测
的主导地位，本文针对该设备的关键指标及校
3 校准试块
相控阵设备应在专用的试块上进行校准，
试块必须采用与生产焊缝材料系统或者相近的
材料进行加工，声速测量及楔块延迟应使用
IIW试块或者复合试块的弧面进行校准，TCG
及灵敏度应根据ASME V的要求使用直径为
2.4mm的侧钻孔进行校准。
4 认可试块
<<上接85页
实现自动白平衡、自动曝光等功能，有效克服
卸煤现场因卸煤作业时粉尘的影响。夜间来煤
时，该控制器集成的辅助照明控制单元可实现
大范围补光，满足夜间检测的需求。无线通信
采用2.4GHzzigbee通信终端，利用串行接口
与STM32相联，STM32将视频数据传输至位
于地面以下的叶轮给煤机就地控制箱。
2.2 语音对讲系统
该语音对讲系统采用STM32作为主控芯
片，通过AUX总线扩展麦克风与广播系统，
为解决现场机械噪声所带来的干扰，本系统采
用定向收声、特定频率收声技术：利用机器视
觉定位现场人员后，根据其位置坐标，调节麦
克风收声波束，并过滤掉人类语音频率之外的
噪声，最终实现现场语音的高清采集。该模块
集成了低功耗射频收发器和微处理器，具有耗
能少、组网便捷、通信质量稳定等优点；可实
现点对点的数据传输；可组成星型和 MESH
型的网状网络结构。建立与地下叶轮给煤机就
地控制箱的数据互联。
2.3 叶轮给煤机就地控制箱
叶轮给煤机就地控制箱采用树莓派为控
制主板，树莓派3B+主板移植嵌入式操作系
统，基于QT5.6.0集成开发环境开发叶轮给煤
机智能控制软件。叶轮给煤机就地控制箱包含
给煤机行走控制单元、变频器控制单元、机器
视觉处理单元、无线通信单元、以太网通信单
元等。叶轮给煤机行走控制单元包含行走电机
控制器、防碰撞预警开关、声光报警器；变频
器控制单元包含4-20mA模拟输出通道，用来
给定变频器运行频率；机器视觉处理单元集成
基于光流法、背景差分法等机器视觉智能算法，
图像经过滤波，二值化，目标识别与图像分割，
有效识别卸煤堆型以及人员特征。无线通信单
元采用2.4GHzzigbee通信终端，利用RS485
接口与树莓派3B+主板相联，用以接收地面
视频采集控制器传输的视频信息。同时，该无
线通信接口亦可接收来自语音对讲系统传输的
音频信息，并利用通信网关，将视频、音频信
息回传至程控室。
态。实时监控画面如图2。
4 小结
本文提出了基于图像处理的叶轮给煤机
自动控制系统，实现了机器视觉技术在传统输
煤系统的应用探索，并利用无线通信手段，搭
建了作业现场自组网无线通信平台，有效提高
了卸煤效率，减少人工。
参考文献
[1]张建飞.智能交通中运动目标跟踪与识别
方法研究[D].中北大学,2012.
[2]王威.基于硬件平台的人脸识别系统设计
与研究[D].电子科技火学,2013.
[3]邵长彬,李洪亮.用Busybox制作嵌入
式Linux根文件系统[J].微计算机信
息,2009.
[4]梁路宏.人脸检测研究综述[J].计算机
学报,2012.
3 上位机软件设计
本文设计的基于图像处理的叶轮给煤机
控制系统，可自主实现卸煤控制，无需人工干
预。叶轮给煤机就地控制箱将就地设备的所
有运行状态数据，通过通信网关传输至程控
PLC，并设计了上位机软件。在必要时，亦可
实现叶轮给煤机的人工操作。在输煤程控上位
机监控软件中，监控画面根据运行人员操作实
际情况有明确的位置显示，可以远程启动、停
止、东行、西行、停机指令及相应设备运行状
作者简介
邓子平，男，湖南省长沙市人。MBA硕士研究生。
研究方向为电力工程管理。
作者单位
广东省韶关粤江发电有限责任公司 广东省韶
关市 512132
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电子技术与软件工程
2024年4月13日发(作者：逮婉慧)
电子技术
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Electronic Technology
相控阵超声波仪器的校准
文/吴员 姜华 张天江
准方法进行了研究说明，为类似的设备校准提
供了参考。
试块使用材料应为项目中实际应用管材
或者声速性能相近的材料并使用与实际生产一
致的焊接程序进行焊接。校准试块反射体的尺
寸及位置参照ASME V 和 ASME B31.3 CASE
181。
摘
要
本文针对相控阵超声波设备
的特点及标准要求，给出了相控
阵超声波检测设备的基本要求及
一般性的校准方法，同时对系统
的校准试块以及认可试块的设计
及制作给出了建议，总结出比较
完善的相控阵超声波设备的校准
方法，具有较强的可操作性及参
考价值。
2 检测设备要求
数据处理系统相控阵设备应具有PE功能，
并配备2dB或者更小步进可调的控制。设备
应有独立的16/32发射/接受通道。系统能够
提供A/B/C/S四种图像显示。相控阵系统包含
聚焦法则生成软件，允许直接修改超声声束特
性。相控阵系统可以使用外接的存储设备。便
携式电脑可以通过网络连接。除了数据存储，
电脑也可以用来数据采集之后的数据分析。
如果校准中使用某项控制功能，那么影响
系统校准这些功能将不能改变。相控阵系统应
在开工前进行线性校准，校准的有效期为12
个月。设备同时还要能够支持TOFD检验。
5 设备校准
设备应进行校准以保证相控阵设备在现
场检验过程中状况良好。
5.1 屏幕高度线性
（1）相控阵设备使用纵波或者横波探头
耦合于任何能够产生两个信号的试块。
（2）调整探头使两个信号分别指80%及
40%FSH。
（3）如果相控阵设备可以在PE模式下
支持单晶片的探头，那么在线性试块中两个阻
抗可调的平底孔将提供遮这样的信号。
（4）增加增益使较大的信号调节是
100%FSH。
（5）以10%的间隔调节较大的信号直至
10%FSH。
（6）使较大的信号调整至80%，确定较
小的信号没有变化。
（7）如果第二个信号大于41%，或者小
【关键词】相控阵超声波 校准试块 灵敏度
数据分析
1 背景
近年来，碳钢对接环焊缝的检测技术不
断发展，涌现出了衍射时差法（TOFD）,全自
动超声波（AUT）,相控阵超声波技术（PAUT）
等一系列先进的无损检测手段，其中相控阵超
声波设备有检测效率高、体积灵活，而且无污
染等特点，已经逐渐占据碳钢对接环焊缝检测
的主导地位，本文针对该设备的关键指标及校
3 校准试块
相控阵设备应在专用的试块上进行校准，
试块必须采用与生产焊缝材料系统或者相近的
材料进行加工，声速测量及楔块延迟应使用
IIW试块或者复合试块的弧面进行校准，TCG
及灵敏度应根据ASME V的要求使用直径为
2.4mm的侧钻孔进行校准。
4 认可试块
<<上接85页
实现自动白平衡、自动曝光等功能，有效克服
卸煤现场因卸煤作业时粉尘的影响。夜间来煤
时，该控制器集成的辅助照明控制单元可实现
大范围补光，满足夜间检测的需求。无线通信
采用2.4GHzzigbee通信终端，利用串行接口
与STM32相联，STM32将视频数据传输至位
于地面以下的叶轮给煤机就地控制箱。
2.2 语音对讲系统
该语音对讲系统采用STM32作为主控芯
片，通过AUX总线扩展麦克风与广播系统，
为解决现场机械噪声所带来的干扰，本系统采
用定向收声、特定频率收声技术：利用机器视
觉定位现场人员后，根据其位置坐标，调节麦
克风收声波束，并过滤掉人类语音频率之外的
噪声，最终实现现场语音的高清采集。该模块
集成了低功耗射频收发器和微处理器，具有耗
能少、组网便捷、通信质量稳定等优点；可实
现点对点的数据传输；可组成星型和 MESH
型的网状网络结构。建立与地下叶轮给煤机就
地控制箱的数据互联。
2.3 叶轮给煤机就地控制箱
叶轮给煤机就地控制箱采用树莓派为控
制主板，树莓派3B+主板移植嵌入式操作系
统，基于QT5.6.0集成开发环境开发叶轮给煤
机智能控制软件。叶轮给煤机就地控制箱包含
给煤机行走控制单元、变频器控制单元、机器
视觉处理单元、无线通信单元、以太网通信单
元等。叶轮给煤机行走控制单元包含行走电机
控制器、防碰撞预警开关、声光报警器；变频
器控制单元包含4-20mA模拟输出通道，用来
给定变频器运行频率；机器视觉处理单元集成
基于光流法、背景差分法等机器视觉智能算法，
图像经过滤波，二值化，目标识别与图像分割，
有效识别卸煤堆型以及人员特征。无线通信单
元采用2.4GHzzigbee通信终端，利用RS485
接口与树莓派3B+主板相联，用以接收地面
视频采集控制器传输的视频信息。同时，该无
线通信接口亦可接收来自语音对讲系统传输的
音频信息，并利用通信网关，将视频、音频信
息回传至程控室。
态。实时监控画面如图2。
4 小结
本文提出了基于图像处理的叶轮给煤机
自动控制系统，实现了机器视觉技术在传统输
煤系统的应用探索，并利用无线通信手段，搭
建了作业现场自组网无线通信平台，有效提高
了卸煤效率，减少人工。
参考文献
[1]张建飞.智能交通中运动目标跟踪与识别
方法研究[D].中北大学,2012.
[2]王威.基于硬件平台的人脸识别系统设计
与研究[D].电子科技火学,2013.
[3]邵长彬,李洪亮.用Busybox制作嵌入
式Linux根文件系统[J].微计算机信
息,2009.
[4]梁路宏.人脸检测研究综述[J].计算机
学报,2012.
3 上位机软件设计
本文设计的基于图像处理的叶轮给煤机
控制系统，可自主实现卸煤控制，无需人工干
预。叶轮给煤机就地控制箱将就地设备的所
有运行状态数据，通过通信网关传输至程控
PLC，并设计了上位机软件。在必要时，亦可
实现叶轮给煤机的人工操作。在输煤程控上位
机监控软件中，监控画面根据运行人员操作实
际情况有明确的位置显示，可以远程启动、停
止、东行、西行、停机指令及相应设备运行状
作者简介
邓子平，男，湖南省长沙市人。MBA硕士研究生。
研究方向为电力工程管理。
作者单位
广东省韶关粤江发电有限责任公司 广东省韶
关市 512132
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电子技术与软件工程