基于VB的動畫仿真系統(tǒng)在高職超聲檢測課程中的應(yīng)用

1、基于VB的動畫仿真系統(tǒng)在高職超聲檢測課程中的應(yīng)用摘要：基于visualbasi軟件開發(fā)環(huán)境，對超聲檢測課程中三個重要的根本原理進(jìn)展動畫仿真開發(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；動畫仿真系統(tǒng)；高職；超聲檢測目前，高職課堂教學(xué)面臨著課程學(xué)時減少、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。超聲檢測是無損檢測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。由于超聲檢測的局部理論知識枯燥艱深，課堂教學(xué)難以讓學(xué)生建立感性認(rèn)識，不容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。假設(shè)建立實驗室平臺那么耗

2、時、耗材。假如對這些重要知識點借助計算機(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技術(shù)。可以此為根底，調(diào)動學(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三個知識點為例，介紹vb在超聲檢測教學(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，該信號鼓勵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，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，在同步信號的觸發(fā)下，時基電路以一樣的重復(fù)頻率產(chǎn)生時基信號，給顯示器的程度偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生時基掃描線。這樣，接收信號的波形便顯示于示波屏，根據(jù)示波屏上顯示信號的位置、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)探傷平臺仿真系統(tǒng)涉及信號發(fā)送、超聲波工件探傷和接收信號顯示三大局部，如圖1所示。信號發(fā)送局部包括同步信號、時基電路和發(fā)射信號

4、三個演示框。探傷平臺局部用藍(lán)色實體方框表示被測工件，紅色實體方框表示換能器探頭，黃色實體方框表示工件內(nèi)部缺陷，探頭接收到鼓勵信號產(chǎn)生超聲波，傳播到工件內(nèi)部進(jìn)展探傷，同時探頭經(jīng)接收電路將微弱的反射信號進(jìn)展放大處理在顯示器局部演示出來，讓缺陷回波信號位置隨缺陷埋深的變化而變化。演示平臺上還設(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原理。程序關(guān)鍵局部是超聲波鼓勵信號的模擬演示。筆者引用的鼓勵信號為加窗正弦波信號，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知識點。學(xué)生很難把同步信號、時基信號、發(fā)射信號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設(shè)備內(nèi)部的電路運行情況，另一方面，讓學(xué)生選擇檢測系統(tǒng)搭建試驗平臺，同時在超聲探傷儀屏幕

6、上觀察檢測結(jié)果。這樣，讓學(xué)生將軟硬件結(jié)合，動手操作和學(xué)習(xí)結(jié)合，能極好地調(diào)動學(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，將會在界面處發(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時波形軌跡的變化，這會使學(xué)生對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，在介質(zhì)2中只有橫波而無縱波，此時反射縱波能量加強(qiáng)，當(dāng)入射角到達(dá)第二臨界角時，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的重要知識點。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、無法靈敏運用，對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)生條件與時機(jī)，同時結(jié)合仿真動畫理解斯奈爾公式每個參數(shù)的含義，再結(jié)合練習(xí)題進(jìn)展公式運用，之后將公式計算結(jié)果在仿真軟件中進(jìn)展驗證，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，通常用聲壓分布與聲場的指向性來描繪。該聲壓在極大值和極小值間起伏變化，最后一個極大值點處與聲源的間隔 稱為近場長度，用n表示，n=d2/4。聲場能量主要分布

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方向輻射的性質(zhì)稱為聲場的指向性，用指向角或半擴(kuò)散角?茲表示，?茲=sin-11.22/d。近場長度和半擴(kuò)散角是描繪聲場的兩個關(guān)鍵要素，而它們的值主要取決于檢測頻率和探頭晶片尺寸。二仿真系統(tǒng)如圖3所示，演示平臺包括參數(shù)設(shè)置和聲場演示兩局部。晶片尺寸和檢測頻率通過滾動條調(diào)節(jié)大小，從而表現(xiàn)出對聲場的影響。演示局部分別用不同顏色表示被檢工件、探頭、聲場，其中近場區(qū)聲場不擴(kuò)散，而進(jìn)入遠(yuǎn)場區(qū)聲束開場擴(kuò)散。當(dāng)分別改變晶片尺寸和檢測頻率大小時，可以明晰看到聲場中近場長度與擴(kuò)散情況的變化。由于晶片尺寸和檢測頻率同時決定聲場，因此在程序中需要用到大量條件嵌套語句。局

10、部程序如下：privatesubhsrll1_hangef=hsrll1.valuef為晶片尺寸滾動條數(shù)值seletasedd為檢測頻率滾動條數(shù)值ase1seletasefase1ase2endseletendsub三教學(xué)應(yīng)用晶片尺寸與檢測頻率對聲場與擴(kuò)散角的影響以及近場的概念是學(xué)生必須掌握的重要知識點。知識點的掌握主要還是對公式的理解與記憶。學(xué)生通過設(shè)置仿真參數(shù)，模擬各種聲場擴(kuò)散情況，將仿真動畫結(jié)果與公式實例分析互相驗證，不僅能對各參數(shù)的含義有更深化的理解，同時將公式運用到實例能真正實現(xiàn)對聲場全面的理解。本文介紹的基于vb實現(xiàn)的教學(xué)仿真已經(jīng)很好地應(yīng)用于超聲檢測課程教學(xué)，促進(jìn)了課堂互動，極大地改善了教學(xué)效果，強(qiáng)化了學(xué)生對知識理解，得到了一致好評，值得教學(xué)一線的老師嘗試和持續(xù)改良。目前，該超聲檢測課程已成功申報檢測技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)自主學(xué)習(xí)型高級能人才培養(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)院校級精品課程。參考文獻(xiàn)：1李立宗.vb程序設(shè)計教程.天津：南開大學(xué)出版社，2022.2李淑華.vb程序設(shè)計及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2022.3xlin，fgyuan.diagnstilabavesinanintegratedpiezeletrisensr/atuatrplate:analytialandexperientalstudi