基于VB的動(dòng)畫仿真系統(tǒng)在高職超聲檢測(cè)課程中的應(yīng)用

1、基于VB的動(dòng)畫仿真系統(tǒng)在高職超聲檢測(cè)課程中的應(yīng)用摘要：基于visualbasi軟件開發(fā)環(huán)境，對(duì)超聲檢測(cè)課程中三個(gè)重要的根本原理進(jìn)展動(dòng)畫仿真開發(fā)并將其應(yīng)用于理論教學(xué)，以豐富教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)步教學(xué)效果。關(guān)鍵詞：vb；動(dòng)畫仿真系統(tǒng)；高職；超聲檢測(cè)目前，高職課堂教學(xué)面臨著課程學(xué)時(shí)減少、難度增大、學(xué)生文化根底薄弱、缺乏學(xué)習(xí)興趣等困難。如何進(jìn)步課堂教學(xué)質(zhì)量，創(chuàng)新教學(xué)方法，是值得深化研究的重要課題。超聲檢測(cè)是無損檢測(cè)方向一門非常重要的課程，需要學(xué)生在理論根底與操作才能上有透徹的理解和嫻熟的應(yīng)用。由于超聲檢測(cè)的局部理論知識(shí)枯燥艱深，課堂教學(xué)難以讓學(xué)生建立感性認(rèn)識(shí)，不容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。假設(shè)建立實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)那么耗

2、時(shí)、耗材。假如對(duì)這些重要知識(shí)點(diǎn)借助計(jì)算機(jī)進(jìn)展仿真教學(xué)，不僅方便經(jīng)濟(jì)，還可以通過修改參數(shù)、變換模型，讓學(xué)生隨時(shí)觀察到系統(tǒng)模型各變量變化的全過程。這樣就使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由感性到理性，學(xué)生將更深化地理解超聲檢測(cè)技術(shù)?？梢源藶楦祝{(diào)動(dòng)學(xué)生進(jìn)展模擬仿真學(xué)習(xí)的積極性與參與性，逐步施行基于工作過程的自主學(xué)習(xí)型高技能人才培養(yǎng)形式。目前，可以實(shí)現(xiàn)仿真的軟件很多，基于vb來編寫教學(xué)仿真系統(tǒng)相對(duì)而言直觀、靈敏。下面筆者將以a型脈沖反射式超聲波探傷、超聲波傾斜入射到異質(zhì)界面的反射和折射以及超聲縱波聲場(chǎng)三個(gè)知識(shí)點(diǎn)為例，介紹vb在超聲檢測(cè)教學(xué)中的仿真應(yīng)用。a型脈沖反射式超聲波探傷一根本原理在一定重復(fù)頻率的同步脈沖信號(hào)觸

3、發(fā)下，發(fā)射電路以一樣的重復(fù)頻率產(chǎn)生高頻高壓脈沖信號(hào)，該信號(hào)鼓勵(lì)換能器以一樣的重復(fù)頻率發(fā)射同頻率的超聲波。這種超聲波傳導(dǎo)于工件中，遇到不連續(xù)性包括工件底面后產(chǎn)生反射，該反射回波被換能器接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)接收、放大后傳至顯示器的垂直偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，在同步信號(hào)的觸發(fā)下，時(shí)基電路以一樣的重復(fù)頻率產(chǎn)生時(shí)基信號(hào)，給顯示器的程度偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生時(shí)基掃描線。這樣，接收信號(hào)的波形便顯示于示波屏，根據(jù)示波屏上顯示信號(hào)的位置、高度和特征，可判斷不連續(xù)性的位置、大小和性質(zhì)。二仿真系統(tǒng)探傷平臺(tái)仿真系統(tǒng)涉及信號(hào)發(fā)送、超聲波工件探傷和接收信號(hào)顯示三大局部，如圖1所示。信號(hào)發(fā)送局部包括同步信號(hào)、時(shí)基電路和發(fā)射信號(hào)

4、三個(gè)演示框。探傷平臺(tái)局部用藍(lán)色實(shí)體方框表示被測(cè)工件，紅色實(shí)體方框表示換能器探頭，黃色實(shí)體方框表示工件內(nèi)部缺陷，探頭接收到鼓勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生超聲波，傳播到工件內(nèi)部進(jìn)展探傷，同時(shí)探頭經(jīng)接收電路將微弱的反射信號(hào)進(jìn)展放大處理在顯示器局部演示出來，讓缺陷回波信號(hào)位置隨缺陷埋深的變化而變化。演示平臺(tái)上還設(shè)置了頻率、幅值等調(diào)節(jié)參數(shù)，通過這些參數(shù)的變化，學(xué)生可以更深化地理解超聲檢測(cè)原理。程序關(guān)鍵局部是超聲波鼓勵(lì)信號(hào)的模擬演示。筆者引用的鼓勵(lì)信號(hào)為加窗正弦波信號(hào)，表達(dá)形式為vint=ah階梯函數(shù)。局部程序如下：fri=0.5t8*pisteppi/6000f1j=heavii*10-6-heavii*10-6-n/f

5、*1000f2j=1-s2*pi*f*i*10-3/nf3j=sin2*pi*f*i*10-3piture2.draidth=1piture2.pseti*30+*4*pi*80/frq，ap*5*f2j*f3j*f1j*30+piture2.height/2，vbyellj=j+1next三教學(xué)應(yīng)用a型脈沖反射式超聲波探傷根本工作原理是較難理解的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生很難把同步信號(hào)、時(shí)基信號(hào)、發(fā)射信號(hào)等概念以及它們之間的聯(lián)絡(luò)掌握清楚。為此，教學(xué)可安排在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)展，一方面，學(xué)生自行演示并操作仿真軟件方便理解超聲檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部的電路運(yùn)行情況，另一方面，讓學(xué)生選擇檢測(cè)系統(tǒng)搭建試驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)在超聲探傷儀屏幕

6、上觀察檢測(cè)結(jié)果。這樣，讓學(xué)生將軟硬件結(jié)合，動(dòng)手操作和學(xué)習(xí)結(jié)合，能極好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生深化理解超聲探傷根本工作原理，為后續(xù)實(shí)訓(xùn)操作奠定了基矗超聲波傾斜入射到異質(zhì)界面的反射和折射一根本原理當(dāng)超聲波在某一介質(zhì)中以入射角傾斜入射到異質(zhì)界面時(shí)，將會(huì)在界面處發(fā)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換，即產(chǎn)生反射縱波和反射橫波以及折射縱波和折射橫波。入射角與反射角之間以及入射角與折射角之間符合施耐爾定律。通過該定律還可以延伸出臨界角的概念。二仿真系統(tǒng)如圖2所示，演示平臺(tái)中包括參數(shù)設(shè)置和聲波傳播演示兩局部。參數(shù)設(shè)置涉及兩種異質(zhì)材料和入射角的選擇，確定好異質(zhì)材料，右側(cè)的信息欄中將顯示出兩種介質(zhì)的縱波速度與橫波速度，有

7、助于學(xué)生對(duì)材料信息的理解。一旦調(diào)節(jié)入射角，用直線條表示的超聲波隨即在平臺(tái)局部顯示出來，借助不同顏色區(qū)分入射、反射和折射的縱波與橫波，線條的粗細(xì)用來表示信號(hào)能量的強(qiáng)弱。隨著入射角的改變，反射波與折射波角度亦隨之發(fā)生變化，當(dāng)條件滿足，可以明晰掌握折射角到達(dá)90時(shí)波形軌跡的變化，這會(huì)使學(xué)生對(duì)第一臨界角和第二臨界角的理解更加深化。程序編制過程需要注意的是當(dāng)入射角到達(dá)第一臨界角時(shí)，在介質(zhì)2中只有橫波而無縱波，此時(shí)反射縱波能量加強(qiáng)，當(dāng)入射角到達(dá)第二臨界角時(shí)，在介質(zhì)2中既沒有橫波也沒有縱波，反射橫波沿界面?zhèn)鞑?。三教學(xué)應(yīng)用這局部是超聲檢測(cè)的重要知識(shí)點(diǎn)。在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生由于不熟悉超聲波傳播特性，只能死記公式，

8、無法靈敏運(yùn)用，對(duì)臨界角的概念理解不清。在教學(xué)中，可將仿真軟件與練習(xí)題相結(jié)合，老師先介紹仿真軟件的使用，隨即讓學(xué)生進(jìn)展仿真操作，模擬各種光疏到光密物質(zhì)、光密到光疏物質(zhì)的超聲波傳播情況，觀察第一、第二臨界角的產(chǎn)生條件與時(shí)機(jī)，同時(shí)結(jié)合仿真動(dòng)畫理解斯奈爾公式每個(gè)參數(shù)的含義，再結(jié)合練習(xí)題進(jìn)展公式運(yùn)用，之后將公式計(jì)算結(jié)果在仿真軟件中進(jìn)展驗(yàn)證，保證了學(xué)生全面掌握超聲波傳播原理與斯奈爾定律。超聲縱波聲場(chǎng)一根本原理超聲換能器向介質(zhì)中輻射超聲波的區(qū)域稱為聲場(chǎng)，通常用聲壓分布與聲場(chǎng)的指向性來描繪。該聲壓在極大值和極小值間起伏變化，最后一個(gè)極大值點(diǎn)處與聲源的間隔 稱為近場(chǎng)長(zhǎng)度，用n表示，n=d2/4。聲場(chǎng)能量主要分布

9、在以聲軸線為中心的一定角度內(nèi)，這種聲束集中向一個(gè)方向輻射的性質(zhì)稱為聲場(chǎng)的指向性，用指向角或半擴(kuò)散角?茲表示，?茲=sin-11.22/d。近場(chǎng)長(zhǎng)度和半擴(kuò)散角是描繪聲場(chǎng)的兩個(gè)關(guān)鍵要素，而它們的值主要取決于檢測(cè)頻率和探頭晶片尺寸。二仿真系統(tǒng)如圖3所示，演示平臺(tái)包括參數(shù)設(shè)置和聲場(chǎng)演示兩局部。晶片尺寸和檢測(cè)頻率通過滾動(dòng)條調(diào)節(jié)大小，從而表現(xiàn)出對(duì)聲場(chǎng)的影響。演示局部分別用不同顏色表示被檢工件、探頭、聲場(chǎng)，其中近場(chǎng)區(qū)聲場(chǎng)不擴(kuò)散，而進(jìn)入遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)聲束開場(chǎng)擴(kuò)散。當(dāng)分別改變晶片尺寸和檢測(cè)頻率大小時(shí)，可以明晰看到聲場(chǎng)中近場(chǎng)長(zhǎng)度與擴(kuò)散情況的變化。由于晶片尺寸和檢測(cè)頻率同時(shí)決定聲場(chǎng)，因此在程序中需要用到大量條件嵌套語(yǔ)句。局

10、部程序如下：privatesubhsrll1_hangef=hsrll1.valuef為晶片尺寸滾動(dòng)條數(shù)值seletasedd為檢測(cè)頻率滾動(dòng)條數(shù)值ase1seletasefase1ase2endseletendsub三教學(xué)應(yīng)用晶片尺寸與檢測(cè)頻率對(duì)聲場(chǎng)與擴(kuò)散角的影響以及近場(chǎng)的概念是學(xué)生必須掌握的重要知識(shí)點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)的掌握主要還是對(duì)公式的理解與記憶。學(xué)生通過設(shè)置仿真參數(shù)，模擬各種聲場(chǎng)擴(kuò)散情況，將仿真動(dòng)畫結(jié)果與公式實(shí)例分析互相驗(yàn)證，不僅能對(duì)各參數(shù)的含義有更深化的理解，同時(shí)將公式運(yùn)用到實(shí)例能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)聲場(chǎng)全面的理解。本文介紹的基于vb實(shí)現(xiàn)的教學(xué)仿真已經(jīng)很好地應(yīng)用于超聲檢測(cè)課程教學(xué)，促進(jìn)了課堂互動(dòng)，極大地改善了教學(xué)效果，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)知識(shí)理解，得到了一致好評(píng)，值得教學(xué)一線的老師嘗試和持續(xù)改良。目前，該超聲檢測(cè)課程已成功申報(bào)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)自主學(xué)習(xí)型高級(jí)能人才培養(yǎng)形式理論研究教育教學(xué)研究工程，并已獲批深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)精品課程。參考文獻(xiàn)：1李立宗.vb程序設(shè)計(jì)教程.天津：南開大學(xué)出版社，2022.2李淑華.vb程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2022.3xlin，fgyuan.diagnstilabavesinanintegratedpiezeletrisensr/atuatrplate:analytialandexperientalstudi