基于51单片机超声波测距系统-博泰典藏网
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基于51单片机超声波测距系统
导读：基于51单片机超声波测距系统，摘要：详细介绍了T/R40-16超声波传感器和超声波测距原理以及基于51单片机的，以CX20106为核心实现超声波的发射与接收，采用单片机外部中断查询相应信号并实现一系列操作，为了避开超声波从发射探头到接收探头的“敏感时间”，关键词：超声波，0引言超声波(Ultrasonicwaves)是指超过人的听觉范围以上（20kH，超声波测距是一种有效的非接触式测距方法，超 基于51单片机超声波测距系统 摘
要 ：详细介绍了T/R40-16超声波传感器和超声波测距原理以及基于51单片机的测距原理。以CX20106为核心实现超声波的发射与接收，采用单片机外部中断查询相应信号并实现一系列操作。为了避开超声波从发射探头到接收探头的 “敏感时间”，采用了“延时接收”的方法。测距结果将通过1602液晶显示出来。 关 键 词 ：超声波；测距；CX20106；单片机。
0 引言 超声波(Ultrasonic waves)是指超过人的听觉范围以上（20kHz以上）的声波[1]。具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点。超声波测距是一种有效的非接触式测距方法，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，因此在民用和工业领域都有较为广泛的应用。 1 压电式超声波传感器原理
为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了一些超声波发生器。总体上讲，可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。目前较为常用的是电气方式的压电型超声波发生器。 共振板 压电晶片
压电式超声波传感器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。测距的公式表示为：L=C×T
式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。 3 硬件设计
发射电路主要由反射器74LS04和超声波发射换能器T构成。单片机P3.7口输出的40kHz的方波信号一路经一级反射器后送到超声波换能器的一个电极，另一端经两级反射器后送到超声波换能器的另一个电极，绥化学院杰出青年基金项目 SJ10011 当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波，它便是超声波发生器。反之，当两电极间未外加电压，共振板接收到超声波时，压电晶片将做振动，致使机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 2 超声波测距原理
超声波测距的原理类似于雷达，利用超声波在空气中的传播速度（已知：344m/s 20氏度），测量声波在发射后经障碍物的反射并接收到回波所用的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。如图2所示。 发射电路 被 单片机 测 物 接收电路 体
图2用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反射器并联，这样可以提高驱动能力。上拉电阻一方面可以提高反射器输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 由于超声波传感器的声压能级、灵敏度在40kHz时最大[2]，电路采用集成电路CX20106A。这是一款红外线检波接收的专 用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距超声波频率40kHz 较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明，其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。使用CX20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波，其总放大增益80db。当 CX20106A 接收到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，单片机外部中断接到这个信号并采取相应动作，使测距结果在1602液晶上显示出来。 在液晶3脚为偏压信号输入端，连接一个10K顶调电阻，以调节液晶的对比度，液晶16脚为背光负极，接一个1K电阻，防止电流过大烧坏背光。液晶的4、5、6脚分别为数据/命令选择端(RS)、读/写选择端(RW)、使能信号输入端(E)分别与单片机P1.5、P1.6、P1.7相接，以控制相应动作。7～14脚为数据信号输入端，与单片机P0口相接，以传输数据。 4 软件设计
合理利用51单片机的两个定时器，一个用来计算超声波发射与接收的时间差，另一个用来产生40kHz的方波，外部中断0接收CX20106A 7脚产生的低电平，采取相应动作。 1602液晶的控制: RS与RW配合控制寄存器选择功能 RS RW 操作 0 0 写指令 0 1 读忙/地址 1 0 写数据 1 1 读数据 有清屏，输入方式设置，显示开关控制，移位，功能设置，不同RAM的地址设置等功能，可以利用RS和RW来选择显示功能。 由于只是利用1602的显示功能，并且单片机的运算速度也不是非常的快，因此不需写读忙函数，只需在相应命令后做稍许延时即可，因此，读写控制位（RW）始终置0便可完成全部任务。在写命令及数据子函数时要注意使能信号（E）变换电平之间要做相应时间的延时。本设计显示不需要字体的移动，因此，数据指针设在0x80后即可，绥化学院杰出青年基金项目 SJ10011 初始化时根据自己喜好和要求设置液晶后清屏，便可输入数据了。当中断信号到来时，记下T0所记的时间，利用公式做一系列运算，得出结果显示出来，便是测距结果。 为了防止系统的误测，在软件上采用延时接收技术，以此提高系统的抗干扰能力[3] 当超声波从发射传感器发射出来时很容易被接收传感器收到，致使CX20106产生一个低电平，而使单片机做中断处理，这样测距结果永远是一个固定值，而达不到测距的要求。因此，要采用软件延时的方法，可以避开这个问题而实现测距的功能。因为，在发射时，只是发射一段超声波，在程序上可以等待这段超声波发出后，再开启单片机的外部中断，这样只有当这段超声波返回给接收传感器时，才有中断信号。便能够准确的测出与被测物体的距离了。 主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序等部分。 程序流程如图3所示。
开始 定时器、液晶初始化 启动T0开中断 启动T1发40kHz方波 延时避开肓区 开外部中断0 N 有回波？ Y 停止T0、T1关中断 数据处理 显示输出
通过实验，以上设计可以实现测距，虽然测距范围不是很大，但在精度上可以达到毫米级。 采用了软件延时接收的方法，完全避开了 发射探头到接收探头的那段“敏感时间”，
超声波测距目前应用非常之广泛，但在精度上还有待于提高，影响超声波测距的因素有很多，但最为主要的是温度，因此，可以在超声波测距电路中加上测温技术，使其更能精准的测出两个物体之间的距离。
参考文献： [1] 沙占友. 集成化智传感器原理与应用. 北京：电子工业出版社 [2] 牛余朋. 基于单片机的高精度超声波测距电路. 电子世界，2005年第5期27-29 [3] 余瑞芬. 传感器原理. 北京：航空工业出版社，;328-331. 绥化学院杰出青年基金项目 SJ10011 包含总结汇报、表格模板、初中教育、经管营销、行业论文、农林牧渔、出国留学、外语学习、旅游景点以及基于51单片机超声波测距系统等内容。
相关内容搜索导读：毕业设计（论文）报告纸，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式，本设计只有一片单片机，本设计采用手动复位方式，单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，式中的C为超声波波速，限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之，可采用多个超声波换能器分别
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作。 掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。 5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。
主要功能特性：
? 兼容MCS-51指令系统 ? 4k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM
? 32个双向I/O口 ? 4.5-5.5V工作电压
? 2个16位可编程定时/计数器 ? 时钟频率0-33MHz
? 全双工UART串行中断口线 ? 128x8bit内部RAM
? 2个外部中断源 ? 低功耗空闲和省电模式
? 中断唤醒省电模式 ? 3级加密位
? 看门狗（WDT）电路 ? 软件设置空闲和省电功能 ? 灵活的ISP字节和分页编程 ? 双数据寄存器指针
2.1.2 单片机最小系统
其作用主要是为了保证单片机系统能正常工作。单片机正常工作时，都需要一个时钟电路和一个复位电路来构成单片机的最小系统。时钟电路用于产生单片机工作时所需的时钟信号，其有两种时钟方式：外部时钟和内部时钟。外部始终是使用外部振第 13 页 共 39 页
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荡脉冲信号，常用于多片单片机同时工作，以便于同步。本设计只有一片单片机，采用内部时钟方式。如图2所示，单片机最小系统主要由AT89S51单片机、外部振荡电路、复位电路和+5V电源组成。在外部振荡电路中，单片机的XTAL1和XTAL2管脚分别接至由12MHZ晶振和两个22PF电容构成的振荡电路两侧，为电路提供正常的时钟脉冲。复位是单片机的初始化操作，只要RST引脚出至少保持两个机器周期的高电平就可以实现复位。在RST端出现高电平后的第二个周期，执行内部复位，以后每个周期重复一次，直至RST端变低。单片机的复位电路有两种：上电复位和手动复位[3]。本设计采用手动复位方式。当按下复位按钮时，电容迅速放电，使RST端迅速变为高电平，复位按钮松开后，电容通过电阻充电，逐渐使RST端恢复低电平。在复位电路中，单片机RESET管脚一方面经20uF的电容接至电源正极，实现上电自动复位，另一方面经开关s接电源。其主要功能是把PC初始化为0000H，是单片机从0000H单元开始执行程序，除了进入系统的初始化之外，当由于程序出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需要按复位键重新启动，因此，复位电路是单片机系统中不可缺少的一部分。 X1,X2分别是系统时钟信号Fosc的输入、输出端。电容C1、C2对振荡频率有稳定作用，一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。 5VC6S20uFk30pF9XI12MP11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWRAT89S51P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26PC5RXDTXDALE/PPSENpF 图2-2 单片机最小系统原理图 第 14 页 共 39 页
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2.1.3 单片机实现测距原理
单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离S＝Ct／2，式中的C为超声波波速。 限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射／接收的设计方法。由于超声波属于声波范围，其波速C与温度有关。
2.2 超声波发射电路[7]
发射部分是为了让超声波发射换能器TCT40－16T能向外界发出40 kHz左右的方波脉冲信号。40 kHz左右的方波脉冲信号的产生通常有两种方法：采用硬件如由555振荡产生或软件如单片机软件编程输出，为了节省成本，本次设计采用了后者。编程由单片机P1.0输出40 kHz左右的方波脉冲信号。
发射电路原理图如图2-2所示。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 5VP1.0Port1U4A23U4B4R11k74LSCTD98TCT40-10F174LS04U4ELS04
图2-3 超声波发生器电路原理图 第 15 页 共 39 页
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74LS04的逻辑图如下：
图2-4 双列直插封装 其额定电压为5V 压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。
2.3 超声波检测接收电路[8，9]
接收电路的关键有二，即信号“检测-放大-整形”电路和40kHz锁相环电路。
（1）采用CX20106A红外检波接收和超声波接收芯片
集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。红外遥控信号接收集成电路，它由前置放大、自动偏压控制、振幅放大、峰值检波和整形电路组成。该集成电路红外发射的频率38KHZ，超声波换能器的固有频率是40KHz，适当设计CX20106A外围电路参数,就可以将其用于超声波的接收放大电路，红外遥控接收芯片CX20106可以完成对遥控信号的前置放大、限幅放大、带通滤波、峰值检波和波形整形，只需加上简单的外围电路即可完成对已调波的解调。
CX20106A的引脚与封装如图4所示。 第 16 页 共 39 页
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图2-5 CX20106A的封装图 CX20106A引脚符号及功能 1：遥控信号输入端（此脚与地之间接红外线接收二极管） 2：前置放大器频率特性和增益设定（此脚与地之间接RC串联电阻） 3：接检波电容 4：接地 5：设定带通滤波器（此脚与电源间接电阻） 6：外接积分电容 7：遥控指令输出端 8：外接电源 集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路(如图2-3)。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。使用CX20106A集成电路电路对接收探头收到的信号进行放大、滤波，其总放大增益80dB,CX20106A组成的超声波接收电路，及电路说明如下： 第 17 页 共 39 页 包含总结汇报、专业文献、应用文书、资格考试、IT计算机、党团工作、工作范文以及超声波测距仪设计论文等内容。本文共8页
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超声波检测系统设计
摘 要钢管在生产和加工的过程中，其内部或者外部会产生分层、裂纹等各种缺陷。目 前比较广泛的一种无损检测方法是超声波探伤，它可以在不损伤被检测对象的内部结 构的前提下进行检测。论文以超声探伤理论为基础，利用 CPLD 强大的逻辑处理功 能结合单片机 MCU 作为系统的核心开发了超声检测系统。在论文设计的过程中，采 用了模块化的设计方案，提高了系统的可靠性；在主控芯片上选
择了低成本的单片机 MCU 和可编程逻辑控制器件 CPLD,提高了系统开发的灵活性。 在设计中首先对超声波检测技术进行介绍，并对超声波检测的基本理论进行探 讨。对设计中的数字式超声波探伤仪的总体设计及各功能模块进行探讨，之后重点研 究超声检测系统的硬件设计，包括超声波的激励电路，信号处理模块，MCU 模块以 及数据采集处理系统的设计。最后利用 LabVIEW 对超声检测系统进行软件设计，并 进行总体流程的设计及下位机的设计。 关键词 超声波探伤 虚拟仪器 CPLD 单片机-I-- -AbstractIn the production and processing of iron and steel materials,its internal and external will produce a layered,cracks and other defects.The relatively wide range of a nondestructive testing method is ultrasonic flaw detection that can not damage the object to be detected in the internal structure of the premise of testing with the basis of the ultrasonic flaw detection theory,the CPLD and MCU are the core of system development of ultrasonic testing system.In the process,to design it use a modular design to improve the reliaand select low cost MCU single-chip microcomputer and programmable logic control device CPLD in the main control chip to enhance the system flexibility. In the paper, the ultrasonic detection technique is introduced,and then the basic theory of ultrasonic testing id discussed.Then the design of the digital ultrasonic flaw detector in the general design and the functional module is discussed,then focuses on the hardware design of ultrasonic detection system,including the ultrasonic transmitting circuit,receiving circuit,MCU module and data acquisition and processing system design.Finally using LabVIEW on ultrasonic detection system for the software design,the system software design of the overall process,ultrasonic excitation pulse signal generating,data acquisition system control logic in this paper. Key words Ultrasonicexamination VirtualInstrument CPLD MCU-II-- -目 录摘 要......................................................................................................................................................... I Abstract ......................................................................................................................................................II 第 1 章 绪 论........................................................................................................................................ 1 1.1 课题背景....................................................................................................................................... 1 1.2 超声波的概念和方法................................................................................................................. 1 1.2.1 超声波检测技术.................................................................................................................. 2 1.2.2 超声无损检测的发展趋势................................................................................................ 2 1.2.3 国内外发展状况.................................................................................................................. 3 1.3 虚拟仪器的发展.......................................................................................................................... 4 1.3.1 虚拟仪器的概念.................................................................................................................. 4 1.3.2 虚拟仪器的优点.................................................................................................................. 4 1.4 本设计研究内容及研究意义................................................................................................... 5 第 2 章 超声波及超声波检测的原理................................................................................................ 6 2.1 超声波............................................................................................................................................ 6 2.1.1 超声波的分类 ...................................................................................................................... 6 2.1.2 超声波的传播衰减 ............................................................................................................. 7 2.1.3 超声波的速度及波长......................................................................................................... 7 2.1.4 超声波探伤的原理 ............................................................................................................. 7 2.2 探头的选择及缺陷的定位........................................................................................................ 9 2.2.1 探头 ........................................................................................................................................ 9 2.2.2 探头频率的选择................................................................................................................ 10 2.2.3 判断缺陷的存在................................................................................................................ 11 2.2.4 缺陷的定位......................................................................................................................... 11 第 3 章 系统硬件设计......................................................................................................................... 15 3.1 超声波检测系统总体设计...................................................................................................... 15 3.2 超声激励电路............................................................................................................................ 16 3.3 信号采集电路............................................................................................................................ 17 3.3.1 限幅保护电路 .................................................................................................................... 17 3.3.2 放大电路 ............................................................................................................................. 18 3.3.3 滤波电路 ............................................................................................................................. 18-III-- -3.3.4 检波电路 ............................................................................................................................. 21 3.3.5 A/D 转换电路及数据存储电路 ...................................................................................... 21 3.4 单片机及 CPLD 电路.............................................................................................................. 22 3.5 其他电路的设计........................................................................................................................ 24 3.5.1 光电耦合电路 .................................................................................................................... 24 3.5.2 电源电路 ............................................................................................................................. 25 3.5.3 通讯接口电路 .................................................................................................................... 26 第 4 章 系统软件设计......................................................................................................................... 28 4.1 LabVIEW 的程序结构.............................................................................................................. 28 4.2 上位机软件设计........................................................................................................................ 28 4.3 下位机软件部分设计............................................................................................................... 29 4.3.1 数据采集 ............................................................................................................................. 31 4.3.2 CPLD 的程序设计 ............................................................................................................. 31 4.3.3 MCU 的程序设计 .............................................................................................................. 32 结 论...................................................................................................................................................... 34 致 谢...................................................................................................................................................... 35 参考文献 ................................................................................................................................................. 36- IV -CONTENTSAbstract(Chinese).................................................................................................................................... I Abstract.....................................................................................................................................................II Chapter 1 Introduction ......................................................................................................................... 1 1.1 Project background ........................................................................................................................ 1 1.2 The concept and method of ultrasonic........................................................................................ 1 1.2.1 Ultrasonic testing technology ............................................................................................... 2 1.2.2 Development trends of ultrasonic testing ........................................................................... 2 1.2.3 The domestic and foreign development condition............................................................ 3 1.3 Virtual instrument development .................................................................................................. 4 1.3.1 The concept of virtual instrument ........................................................................................ 4 1.3.2 The advantages of virtual instrument .................................................................................. 4 1.4 This topic research significance and the research content........................................................ 5 Chapter 2 Ultrasonic and ultrasonic detection principle ............................................................. 6 2.1 Ultrasonic wave ............................................................................................................................. 6 2.1.1 Ultrasonic classification ........................................................................................................ 6 2.1.2 Ultrasonic transmission attenuation..................................................................................... 7 2.1.3 Ultrasonic velocity and wavelength .................................................................................... 7 2.1.4 The princeple of ultrasonic flaw detection ......................................................................... 7 2.2 Probe selection and location of defects....................................................................................... 9 2.2.1 Probe ........................................................................................................................................ 9 2.2.2 Probe frequency selection ................................................................................................... 10 2.2.3 Judging the defects............................................................................................................... 11 2.2.4 Defect location...................................................................................................................... 11 Chapter 3 System hardware design.................................................................................................15 3.1 Ultrasonic detection system design ........................................................................................... 15 3.2 Ultrasonic excitation circuit........................................................................................................ 16 3.3 Signal acquisition circuit ............................................................................................................. 17 3.3.1 Limiting protection circuit .................................................................................................. 17 3.3.2 Amplifying circuit ................................................................................................................ 18-V-3.3.3 Filter circuit ........................................................................................................................... 18 3.3.4 Detection circuit ................................................................................................................... 21 3.3.5 The A/D converting circuit and a data storage circuit..................................................... 21 3.4 Single chip MCU and CPLD circuit......................................................................................... 22 3.5 The other circuit design............................................................................................................... 24 3.5.1 A photoelectric coupling circuit ......................................................................................... 24 3.5.2 Power supply circuit ............................................................................................................ 25 3.5.3 Communication interface circuit ....................................................................................... 26 Chapter 4 System software design ................................................................................................... 28 4.1 Virtual instrument system and construction method .............................................................. 28 4.2 The front panel and the sampling procedure ........................................................................... 28 4.3 The overall process of system hardware .................................................................................. 29 4.3.1 Data acquisition .................................................................................................................... 31 4.3.2 CPLD program design ........................................................................................................ 31 4.3.3 MCU program design ......................................................................................................... 32 Conclusions ............................................................................................................................................ 34 Acknowledgements .............................................................................................................................. 35 Appendix................................................................................................................................................. 36- VI -第1章绪 论1.1 课题背景随着我国现代化工业的飞速发展，高质量的材料是其重要的保障。为确保材料的 质量，必须采用不破坏其性质的有效检测方法，以确保材料的安全性和可靠性，这种 技术便是无损检测技术。 在五大常用无损检测(射线检测、磁粉检测、超声波检测、渗透检测和涡流检测) 技术中，超声波检测技术是使用的最为广泛的一种[1]。超声波检测技术与其它的无损 检测技术相比，具有应用范围广、对人体无害、易于使用、成本低、穿透力强、定位 准确、以及便于现场操作等特点。超声波检测技术已广泛的应用在现代工业的各个方 面，在产品设计、制造、产品测试和设备服务等各个阶段发挥了重要作用。随着计算 机技术和高速设备的不断发展，使得超声波检测技术得以进一步的完善。 超声波检测已被广泛的应用，然而传统的超声波检测技术对缺陷的显示不是很直 观，探伤技术难度大，容易受到其他因素的影响，它只能显示在屏幕上出现的即时回 波信号，无记录和数据分析功能，检测员只能凭经验判断被检测的材料是否有缺陷， 给测试结果带来了不便。若需要记录相关信息，只能将超声波探伤仪的输出连接到记 录仪上进行记录。无纸记录仪只能记录很短的一段信息，而有纸记录仪只能将相关信 息打印在纸质材料上，这都给数据的储存、携带、分析带来很多的不便。因此将回波 信号进行数字化，并将其进行储存、显示和分析有着重要意义。在本设计中，提出了 一种基于虚拟仪器的采集方案，硬件系统对模拟信号进行采集和传输，由计算机软件 系统对数据进行处理。1.2 超声波的概念和方法无损检测技术是指在不损坏被检测对象内部结构的前提下，应用了多种物理原理 和化学现象，有效地检测和测试各种工程材料和零部件，进而来评估它们的连续性、 完整性、安全可靠性及其物理性能。长期以来无损检测经历了三个发展阶段，即无损 探伤(NDI,Non-Destructive Inspection)阶段、无损检测(NDT,Non-DestructiveTesting)和 无损评价(NDE,Non-Destructive Evaluation)阶段，目前一般统称为(NDT)[2]。超声波 检测是无损检测的一种，下面对超声波检测进行下具体介绍。-1-1.2.1 超声波检测技术超声波检测是利用超声波能渗透到被测工件的深处，并且从一截面进入到另一截 面时可以通过在界面边缘发生反射的特点来检查被测工件缺陷的一种方法，当超声波 探头由零件表面到钢管内部，遇到缺陷时就会发生反射，在荧光屏上形成脉冲波形。 根据这些脉冲波形就可以判断缺陷位置和大小。在无损检测的领域中，应用超声波检 测是最广泛的，主要因为以下几个特点。 (1)超声波有像光波一样好的方向性，尤其有相对较高的频率。 (2)超声波可以在介质中传播，遇到界面时会发生反射。 (3)超声波的衰减、声速、声抗、散射相关特性，为检测缺陷提供了全面的信 息，使检测更加精确。 (4)超声波的能量较大，对各种介质的穿透能力强，在一些金属材料中，其穿透 能力可达数米。 超声波在介质中传播的实质是以波动形式在介质中传播的机械振动。超声波检测 常用的频率通常在 0.5~10MHz，低频率的超声波用于检测衰减较大的材料，例如粗 晶材料等,高频率的超声波用于高灵敏度和细晶材料检测。1.2.2 超声无损检测的发展趋势国外的研究主要集中在超声波探伤技术的高性能超声波设备和检测系统的发展 上，往往是自动化智能化和多种成像技术。另外，数字信号处理与模式识别在超声检 测定性、定量化中的研究也在国外广泛使用。 近年来还兴起了超声波探伤和材料性能的评价、非接触式超声波探伤、多换能器 超声检测和高频超声等。到目前为止，工业用超声检测大多停留在了解材料与构工件 内是否有缺陷，或凭经验大致判断缺陷的位置和大小。近期的理论和试验研究表明， 采用多参量的超声数字信号处理与模式识别技术可给出定量的结果，如缺陷的大小、 位置、形状、性质。超声无损检测分析的不仅仅是信号的时域，还有幅域、相域、频 域等。引入了神经网络、小波算法等对信号进行处理；与断裂力学知识相结合，现代 超声检测可望进一步对构件的强度与剩余寿命进行评估，这方面成果在发达国家的电 力行业中得到初步应用[3]。总的说来，在计算机和现代信号分析技术的推动下，超声 无损检测向着数字化、小型化、智能化、系统化和成像化的方向发展。-2-1.2.3 国内外发展状况目前国内外在超声波检测技术领域都从模拟向着数字化的方向发展，即当超声波 探头的回波信号经过接收部分放大以后，由 A/D 转换成为数字传给控制器，控制器 再将随着时间和位置变化的波形信号做适当处理，就可得出超声波检测结果。然而， 被检测的材料千差万别，设计者所使用的测量标准不尽相同，因此对应的超声波探伤 系统也是种类多样的。和过去的模拟超声波探伤系统相比较，数字式超声波探伤系统 不但解决了缺陷记录问题，还能减少人为误差，提高了探伤的可靠性。 在国外，1933 年，德国的 Muhihauser 获得了用双探头超声波系统来探材料中缺 陷的专利。1936 年，德国的 Pohlman 用不同的方法实现了缺陷的检测。1942 年， Sproule 用脉冲回波法成功地检测出了钢中的缺陷。超声波的发射和接收使用了不同 的探头。同时，美国 Michigan 大学的 Firestone 用 4MHz 的石英探头探测了 6.4mm 厚 度铝板中的缺陷[4]。1949 年，德国的 Krautkramer 兄弟制成了基于脉冲反射法的探伤 装置，用示波器和单探头检测到了人工孔槽。Carlin 于 1950 年获得了斜探头横波法 检测的专利。通用电机的 Erwin 发明了超声波共振法，可用于测厚和检测胶接质量。 Erdman 发明了液浸法检测，并在论文中描述了自动探伤装置的电子门限、回波幅度 记录、缺陷深度和部件厚度识读、B 扫描装置以及 10MHz 以上的高频超声检测。到 1950 年，超声波检测已用于工业中。从 1986 年起，世界各主要工业国家数字化超声 波探伤仪得到速发展，生产类似产品和研究的主要公司有美国的泛美 (PANAMETRICS)公司，加拿大的 R/DTECH 公司，德国的 K-K 公司，法国 SOFRATEST 公司和西班牙 TECNATOM 公司等。这些公司生产的超声波检测采集、 分析和成像处理系统的技术水平较高[5]。而且，国外已经把 100MHz 以上采样频率的 高速 A/D 技术用于超声波信号的采集，信号的分析和成像处理己实现扫描。虽然国 内已开展这方面的研究与开发，但是在技术应用上还是存在一定的差距。 国内近几年也相继出现了许多数字式超声波仪器和分析系统，如上海大学与上海 市电子物理研究所合作的国家“863”基金资助项目研制了输油管道超声波探伤机器 人，他们采用存储异常数据的方法对数据进行压缩，用高速数据缓存的方法提高数据 处理速度，该研究现在也处于实验研究阶段。长期以来，我国钢轨探伤完全依靠手推 式探伤仪进行人工探伤[6]。全路现在有近8000名钢轨探伤人员使用着大约3000台手推 式钢轨探伤小车，负担着将近7万公里钢轨的内部伤损检查。从1989年开始，铁道部 先后从澳大利亚GEM―CO公司和美国PandrolJackson公司进了13台大型钢轨探伤车 (其中12台从美国进口)，但目前这13台大型探伤车还处在消化吸收阶段，使用情况不 是很理想。因此，当前我国的钢轨探伤工作仍处于以手推式探伤小车为主， 大型探-3-伤车为辅的局面。在国外发达国家，大型钢轨探伤车得到了成功的应用。这些国家的 钢轨探伤工作主要由探伤车来承担，人工探伤小车仅作为辅助手段，与我国目前的状 况刚好相反[7]。所以，我们要加快研究的步伐，使我国以较快的速度跟上发达国家的 发展水平。1.3 虚拟仪器的发展1.3.1 虚拟仪器的概念虚拟仪器是指通过应用程序将计算机与功能化模块结合起来，用户可以通过图形 界面来操作这台计算机，从而完成对被检测物体的采集分析、处理、显示、存储和打 印。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功 能来模拟传统仪器的控制面板， 以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号的运算分析和处 理；利用 I/O 接口设备完成信号的采集与调理，从而完成各种测试功能的计算机测试 系统[8]。虚拟仪器可以通过不同的测试功能软件模块的组合来实现多种测试功能，所 以在硬件平台确定后，就有“软件就是仪器”的说法。1.3.2 虚拟仪器的优点1.融合了计算机的硬件资源 高性能处理器、高分辨率显示器、大容量的硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置， 这就突破了传统仪器在数据处理、显示和存储方面的限制。 2.利用了计算机丰富的软件资源 实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统的灵活性。通过软 件技术和相应的数值算法，直接对测试数据进行各种分析和处理。图形用户界面技术 的应用，真正做到人机交互[9]。 3.基于计算机网络技术和接口技术 虚拟仪器具有方便、灵活的互联能力，广泛支持诸如 CAN, PROFIBUS 等各种工 业总线的标准。因此，利用虚拟仪器技术可方便的构建自动测试系统，实现测量控制 过程的网络化。 4.基于计算机的开放式标准体系结构-4-虚拟仪器的硬件、软件具有开放性、模块化、可重复使用及互换性的特点，用户 可以根据自己的需要选用不同厂家的标准接口产品，使仪器的开发更为高效，缩短仪 器的组建和开发时间[10]。 5.具有很强的灵活性 虚拟仪器的功能由用户自己定义的，这意味着可自由地组合计算机的平台、硬 件、软件以及各种实现应用系统所需要的附件。1.4 本设计研究内容及研究意义对于超声波检测系统而言，从超声波中提取包含被检测物体的特征信号成为关 键。数字化的超声波检测采用了单片机作为数据处理单元，可以实现一定的数据处理 能力，但是由于其硬件的开发形式缺乏灵活性，不利于用户二次开发使用，而从虚拟 仪器的优点可以看到，虚拟仪器的产生正是顺应了仪器发展的潮流，就如美国公司所 提出的“软件就是仪器”的概念那样，用不同的软件分析处理技术来实现不同功能的仪 器，它提供的大量的分析处理函数库为信号的分析和处理提供了有力的支持，因而将 超声波检测与虚拟仪器相结合有着重要的意义。考虑到超声波探伤在实际中应用最为 广泛，本设计将对基于虚拟仪器技术的超声波检测的实现技术进行讨论。 论文首先介绍课题的背景、无损检测、超声检测技术及国内外发展。接着介绍了 虚拟仪器技术的概念、虚拟仪器的优点，然后阐述了课题的研究意义，最后给出论文 的主要研究内容。其次介绍了超声波及用于检测的超声换能器的原理，然后详细叙述 并分析了系统的硬件电路的设计，分四大模块，并详细叙述了系统的软件的设计，包 括上位机虚拟仪器的设计及下位机 MCU 和 CPLD 的设计。-5-第2章超声波及超声波检测的原理2.1 超声波2.1.1 超声波的分类1.根据振动的持续时间 根据超声波振动的持续时间长短又可把超声波分为连续波和脉冲波。 (1)波源连续不断的振动所辐射的波称为连续波。 (2)波源振动持续时间短且间歇辐射的波称为脉冲波。目前在超声探伤中脉冲波 被广泛应用。 2.根据质点的振动方向分类 根据波动传播时介质质点的振动方向与波的传播方向，我们可以把超声波分为表 面波、横波、纵波等。 (1)表面波 当介质表面受到交变的应力作用时，产生沿介质表面传播的波叫做表面波，常用 R 表示。表面波在介质表面传播时，介质表面质点会作椭圆运动，椭圆的长轴垂直于 波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。椭圆运动可以看作为纵向振动与横向振动 的合成，即纵波与横波的合成[11]。因此表面波只能在固体介质中传播而不能在液体 和气体介质中传播。 (2)横波 介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波叫做横波，用 S 或 T 表 示。当介质受到交变的剪切力作用时，就会产生切变形变，从而形成横波。只有固体 才能承受剪切应力，液体和气体都不能承受剪应力。因此横波只能在固体中传播，而 不能在液体和气体介质中传播。 (3)纵波 介质中质点的振动方向与传播方向相同的波，叫做纵波。当介质的质点受到往复 压应力的作用时，质点之间就会产生相应的伸缩形变，从而形成纵波。-6-2.1.2 超声波的传播衰减超声波在介质中传播时，随着距离增加超声波能量逐渐减弱的现象称为超声波衰 减。引起超声波衰减的主要原因有吸收衰减、散射衰减和扩散衰减[12]。吸收衰减与 散射衰减是探伤领域主要考虑的衰减，通常不包括扩散衰减。 1.吸收衰减 超声波在介质中传播时，由介质中质点间磨擦和热传导引起超声波衰减。 2.散射衰减 超声波在传播的过程中，会遇到不同介质的声阻抗界面，就会产生散乱反射，使 超声波的能量损耗。散射衰减的主要原因是：不均匀性的超声波会在具有不同密度和 声速的两种材料的界面上产生散射；若晶粒尺寸和超声波波长相当时，会使斜入射的 超声波分散反射，从而使声能转变为热能而损耗。 3.扩散衰减 超声波在传播的过程中，由于波束的扩散能量逐渐分散，从而使单位面积内超声 波的能量随距离的增加而逐渐减弱。扩散衰减仅取决于波的几何形状，与波传播的介 质性质无关。2.1.3 超声波的速度及波长超声波在介质中向前传播的速度，我们把它称为声速。不同种类的超声波，其传 播速度是不同的。超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和密度有着密切的关 系，对于一定的介质，弹性模量和密度为常数时，故其声速也是常数。那么对于不同 的介质，会有不同的声速。超声波波形不同时，介质弹性变形的方式不同，速度也不 一样。因此，超声波在介质中传播的速度是表征介质声学特性的一个重要参数。超声 波的频率、波长和声速之间的关系。如公式（2-1）所示。 ? ?c/ f (2-1) 其中 为超声波的波长， c 为超声波的波速、 f 为超声波的频率。可见在同一种介质 中超声波的波长与超声波的频率成反比。2.1.4 超声波探伤的原理超声波探伤的主要部件就是探头，探头又可分为超声发射换能器和超声接收换能 器。主要原理是通过激励超声发射换能器产生超声波进入钢管中，然后再通过超声接-7-收换能器将钢管中经过被检测材料自身或缺陷所反射、折射、衍射、散射的入射波转 换成接收信号，有缺陷的地方就会与介质将会产生不同的特征信号，接着再对接收到 的信号进行分析，从而获得有关缺陷或材料的特性信息。超声波探伤按照其探伤原理 可分脉冲反射法、脉冲透射法和共振法[13]。如图 2-1 所示。发射电路接收电路X L处理显示始波 缺陷波L:工件长度 X：缺陷位置Tf Tb图 2-1 探伤原理1..脉冲反射法 脉冲反射法是利用超声脉冲波入射到两种不同介质交界面上发生反射的原理进行 检测的。 (1)脉冲反射法包括：多次底波法、底波高度法和缺陷回波法。 ?多次底波法。当被测物体厚度较小，且超声波能量较强时，超声波可以在探测 面与底面之间往复传播多次，形成多次底波。当被测物存在缺陷，则由于缺陷的反射 以及散射而增加了声能的损耗，底面回波次数减少，同时也破坏了底波的衰减规律。 这种根据底波回波次数和衰减情况来判断被测物有无缺陷的方法即为多次底波法。 多次底波法主要用于厚度不大、形状简单、探测面与底面平行的试件探伤，探伤 的灵敏度要低于缺陷回波法。 ?底波高度法。当被测物体的材料和厚度不变时，底波的高度应该是基本不变 的；如果被测物体内部具有缺陷，底面回波的幅值会明显下降甚至消失，这种依据底 波高度变化判断缺陷情况的方法，称为底波高度法。 ?缺陷回波法。示波屏上显示的缺陷波形进行判断的方法，称为缺陷回波法。缺 陷回波法是脉冲反射法检测的主要使用方法。 (2)脉冲反射法的特点 ?灵敏度高。当反射声压达到晶片起始声压的 1%时即能检测，因此，可以发现 较小的缺陷。-8-?缺陷定位精度高。反射法是利用缺陷波在被测物中传播的时间，通过调节扫描 速度，即调节时基轴与声程的比例来对缺陷定位的。只要仪器水平线性好，缺陷定位 就准确。 2.脉冲透射法 脉冲透射法是根据脉冲波或连续波穿透被测物之后能量变化来判断缺陷情况的一 种方法。脉冲透射法是将发射、接收探头分别置于钢管的两侧使两个探头的声轴处于 同一条直线上，同时保证探头与钢管之间有良好的声耦合，根据超声波穿透钢管后的 能量变化情况来判断钢管内部质量[14]。 (1)脉冲透射法的优点 ?工件中不存在盲区，适宜薄壁工件的检测。 ?与缺陷取向无关。不管缺陷取向如何，只要它阻止声束的传播路径，接收探头 就能够找到。 ?声波是单声程传播，故适合高衰减的材料的检测。 (2)脉冲透射法的缺点 ?探测灵敏度低。只有当入射声压变化大于 20%时，才能被接收探头出。 ?不能确定缺陷的深度位置，仅能判断缺陷的有无和大小。 ?对发射和接收探头的相对位置要求严格。需专门的探头支撑装置，操作不方 便。 3.共振法 根据样品的共振特性，来确定缺陷情况和工件厚度变化的方法称为共振法。当被 测物体内存在缺陷或厚度发生变化的时候，将会改变被测物的共振频率。因此，可以 根据被测物的共振特性，来确定缺陷情况和被测物的厚度变化情况。共振法，通常情 况用于测量样品的厚度。2.2 探头的选择及缺陷的定位2.2.1 探头超声波探伤中使用的探头，是实现电信号与声讯号相互转换的一个器件，是超声 探伤中的重要组成部分。目前所用的探头，绝大多数是根据压电效应原理制成的。根 据产生超声波波型的不同，探头可分为纵波探头、横波探头和表面波探头等几类。根-9-据探伤的方法区分，分为接触探伤用探头和水浸探伤用探头。有些探头的发射和接收 功能是由两个晶片分别担当的，有些探头的入射角是可以变化的，叫做可变角度探 头。还有些探头是为达到某种探伤的目的而特制的，叫专用探头[15]。超声波探伤 中，由于被探工件的形状和材质、探伤的条件和探伤的目的不同，因而使用各种不同 形式的探头。 超声波探伤中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头是电子设备和 超声场间联系的纽带，是超声波探伤设备的一个重要组成部分，而不是检测设备的附 件。它的基本形式是直探头和斜探头。超声波探伤检测频率一般都在 0.5~10MHz 之 间。一般来说选择频率时必须考虑到以下因素：频率的提高有利于发现更小的缺陷， 这是由于波的绕射，超声波探伤灵敏度约为波长的一半的原因；分辨率高，频率高， 有利于分辨相邻的缺陷；声束指向性好，频率高，能量集中，有利于发现缺陷并对缺 陷进行定位；但是波长短，频率高，近场区容易出现盲区，不利于探伤检测；频率的 提高，相应的衰减也会增加；频率越高，缺陷反射的指向性越好，但是如果这样回波 信号不易被探头所接收。由以上分析可知，频率的高低对超声波探伤有较大的影响。 一般在保证探伤灵敏度的前提下尽可能选择较低的频率。实际探伤中要全面分析考虑 各方面的因素，合理选择探头的发射频率。2.2.2 探头频率的选择超声波探伤的探测能力主要取决于探头超声频率的选取，超声频率高时波长短、 能量集中、声束窄，因而发现小缺陷的能力较强，缺陷定位准确，但是扫查范围小， 在材料中衰减大，穿透能力差。频率低时波长长、能量不集中、声束宽，因而发现小 缺陷的能力差，但是扫描空间大，在材料中衰减小，穿透能力好。频率选择的主要依 据如下： (1)超声波探伤的灵敏度约为波长的一半，从而增加了频率 f ，有利于发现更小 的缺陷。 (2)频率高、脉冲宽度小、波长短、分辨力高，但衰减大，对探伤不利。 (3)当晶片尺寸一定的时候，频率 f 高、波长短、半扩散角小，波束指向性好， 灵敏度高，定位精确。 在超声波探伤中，常用的探头有单晶直探头、单晶斜探头、双晶探头。单晶探头 兼作发射和接收用，是目前最常用的一种探头。 在设计中选用 Krautkrame 公司推出的 B5S 欧式超声波探头，Krautkramer 公司是 世界上最大的高技术仪器和超声无损检测探头的设计者和制造商，B5S 欧式超声探头-10-是其推出的一款高精度、低参数误差、宽适用范围的单晶纵波直探头,该探头使用了 直径为 24mm 的晶片，其 5MHz 的标称频率及 1.25MHz 的带宽可以满足目前大多数 检测任务，并能够达到很高的精度要求，加之其采用了印模压铸工艺成型，因而相比 普通探头具有更高的稳定性。其内部结构如图 2-2 所示。图 2-2 探头的内部结构2.2.3 判断缺陷的存在探头发射的超声波在钢管内部传播时，遇到不同介质将发生反射。反射信号的强 度与反射率 R 的大小有关，而反射率 R 只与入射介质和反射介质的材料有关。由于 反射信号通过的声程是一定的，换能器获得的反射信号的强度也是一定的。 1.当工件没有缺陷的时候，只有始发射脉冲波和底面反射波，两者之间没有其它 回波。 2.当工件中有面积小于声束截面的小缺陷，则会在始波和底波之间有缺陷 回波。缺陷回波在时间轴上的位置可以确定缺陷在工件中的位置，当有缺陷回波出现 时，底波高度下降。 3.当工件中缺陷大于声束截面的时候，全部声能被缺陷所反射，只有始波和缺陷 回波，不会出现底波。2.2.4 缺陷的定位由于超声波在介质的波速是一定的，如图 2-1 中的参数所示。X ? Tf Tb-11-L（2-2）若知道了工件长 L 的大小，则可以根据发射波到反射波与发射波到底波的时间 的比值，来确定探头距缺陷的距离。 若不知道 L 的大小，则可以根据声束和声波在介质中传播至缺陷所需时间和波 速来定位缺陷，其关系如公式（2-3）所示。X ? C 2 Tf（2-3）式中 C 为材料中的声速，T f 为声波遇到缺陷时的来回传播时间。 下面简单介绍一下缺陷的定量 假如缺陷尺寸小于波长一半时，由于超声波的衍射作用而将不会产生明显的反射 回波，从而无法探测缺陷，因此缺陷尺寸的最小检测极限为 。2?工件或材料中的实际缺陷是多种多样的，其形状和性质也各不相同，而超声波 的波长又比较大，要确定其大小是非常困难的，甚至是不可能的，所以只能采用相对 比较法，即用未知量(缺陷)与已知量(规定的人工缺陷)的回波振幅相比较的方法，来 确定缺陷的当量大小，这就是超声探伤中的缺陷定量的基本原理。 假设已经规定 A 处为已知量，以此处为参考，如图 2-3 所示。AT 无缺陷 T F B B有缺陷 TF有大缺陷图 2-3 缺陷定量示意图则缺陷率为 ：P ? AF AT-12-（2-4）其中 A F ―缺陷波幅值 ― 始波幅值 本课题的研究是检测钢管的缺陷的存在。设计过程中，通过对采样后的回波数据 进行计算和分析，得到缺陷的形状和位置，并在屏幕上实时显示检测波形及参数。同 时，通过峰值算法分析各种缺陷情况，更直观的显示管道缺损状况。综合上述分析， 最终本方案制定了如下几项主要技术指标： 1.工作频率范围：0. 5 ~1 0MHz； 2.适应管径：297~325mm； 3.系统增益/衰减范围：-10~110dB； 4.缺陷定位精度： ? 3mm； 5.发射电压：400V； 6.检测最小局部腐蚀面积为：50× 0mm2。 l 最后，根据系统达到的性能指标，即检测的最小缺陷尺寸为 50 ? l0 mm 2 探头 的检测面积应小于最小检测缺陷的面积。即? D 2 / 4 &500 mm 2 ，可得 D&25.6mm。我 们选取晶片直径为 24mm 的探头，就可以满足系统的要求。 根据叠加原理，当两个高斯波接近程度达到一定值后，则无法区分这两个高斯波 的波峰。所以在可分辨的情况下，我们采用 ? t min 来表示这两个高斯AT-13-波的波峰间隔时间。 ? t min 的计算方法为： 1+ e? ? ( ? t min ) 2 ?? ( ? 2e ?tmin)2 ?n21 2 ?1（2-5）n 为 AD 转换的位数，本课题选的 AD 转换的位数为 8 位，化简得10.996=2 e 4?tmine? ? ( ? t min ) 2=2.567 e? ? ( ? t min ) 2根据以上可知压电晶片的振动周期最大为 0.483 ? s ，所以探头的 中心频率 f t &2.07MHz。 根据以上分析可知，提高探头的分辨率可以通过提高探头的发射频率或 A/D 转换 器的分辨率。但是，提高发射频率的同时，声波的衰减会急剧加快，穿透能力变差， 回波信号会变的微弱，使接收到的声波不易分辨。 综合考虑各种因素，本课题最终选用中心发射频率为 5MHz 的超声波探头，它 能很好的满足课题的分辨率要求。? 0 . 483-14-第3章系统硬件设计3.1 超声波检测系统总体设计在设计中，系统在硬件设计和软件设计上均采用了模块化的设计方案。系统在硬 件上分四大模块，即 MCU 主控模块、超声检测模拟电路模块、数据采集处理模块、 接口模块。超声检测模拟电路模块由限幅电路，放大电路，滤波电路和检波电路组 成。系统的总体结构框图如图 3-1 所示。探头 限幅保护 放大电路 滤波电路 检波电路超声激励电 路光电耦合A/D转换通讯接口电 路单片机MCUCPLD数据存储RAM图 3-1 系统总体框图1.MCU 主控模块 该模块是整个系统的核心部分，设计中选用成本低廉而且应用广泛的 AT89C51 单片机作为系统运行和数据运算处理的核心控制器件。作为系统的 MCU 主控模块， 主要完成系统的总体控制和各功能模块之间的协调运行。 2.超声波检测模拟模块 该模块主要完成超声波信号的产生和超声回波信号的检测以及调理工作，为信 号的数字化做好准备。其中包括了超声波探头、超声波激励电路、限幅保护电路、放 大电路等子模块。在 MCU 主控模块的控制下，该部分能够产生超声波探头需要的激 励信号，并且对超声探头接收的回波信号进行检测放大，经过调理之后输入到数据采 集模块之中。 3.数据采集模块 该模块将超声检测模块调理后的信号进行模数转换，并且将转换结构进行存 储，以供系统 MCU 对数据进行运算处理。 4.通讯接口模块-15-该模块主要完成与计算机之间的通讯，其中包括 MCU 与计算机之间的串口通讯 模块。超声波信号经过系统采集和预处理后可以通过通讯接口模块传至计算机，利用 计算机强大的功能进行数据处理，提高超声波检测的系统性能。下面对各个子模块做 简单的介绍。3.2 超声激励电路超声波激励电路是在窄脉冲控制信号的作用下，产生激励超声波探头的高压脉冲 信号而实现超声波的发射[16]。在实际超声探伤中，一般将高压(几百伏)窄脉冲加到 探头压电晶片的两端，引起压电晶片的周期性机械变形，从而形成超声波脉冲。电压 越高，电能转换为声能的效率就越高，本系统采用的是 400V 的高压模块具体超声波 激励电路如图 3-2 所示。C3 C1 C2 0 .1u F 0 .01 u F 1 IN 2 3 4 R1 10K VDD IN NC GND MAX4 4 20 VDD OUT OUT GND 8 7 6 5 R2 47K Q IRF8 4 0 R3 2 2 0K R4 3 .3K R5 3 .3K R6 2 2 0K 0 .01 u F DIODE DIODE D1 D2 OUT4 0 0V图 3-2 超声激励电路MAX4420 是一款用于将 TTL/CMOS 输入信号转换为高压/大电流输出的、单功 率金属氧化物半导体场效应管驱动器。它具有 40ns 的延迟时间和 25ns 的上升或回落 时间可减小功率损失；1.5 ? 的输出阻抗和 6A 的峰值输电流，使之适用于快速切换 大电容功率效应管驱动器并能改善功效。IRF840 是一款 N 沟道增强型功率场效应 管，耐 500V 的高压，导通电阻小。该电路的工作原理为:在没有发射窄脉冲时，高 电压通过 R3 , R4 对 C3 充电，使其两端的电压差达到+400V 左右。发射脉冲到达 后，场效应管 IRF840 导通此时 C3 通过 IRF840 放电，在导通的瞬间，IRF840 的漏极 电压比较小，拉低了 C3 的电位。由于电容两端电压不能突变，使得 D2 的输出端电位 在瞬间约为-400V，这个负脉冲作用于超声探头，使其产生压电变换，发射超声波。 图中，在发射探头部分并联的阻尼电阻 R6 是为了加速振荡脉冲的衰减速度，用以克 服后继的衰减脉冲与工件的表面回波重叠而造成波形混乱的缺点。-16-3.3 信号采集电路信号采集电路由限幅电路，放大电路，滤波电路和检波电路组成。当检测范围很 大时，深度缺陷或底波的反射波信号很微弱，因此在处理之前须要执行高增益放大处 理。由于探头是收发一体的，发射信号很强，它同时作用于接收电路，而且在实现的 测试流程中，有可能加进强干扰，因此为保护放大电路不致损坏，使放大电路能处于 线性的动态范围，须要在放大之前接收信号执行限幅。高频放大电路在对回波信号执 行放大的流程中会引入噪声，为了对引入噪声执行控制，提高系统整体的信噪比，需 要设计带通滤波器来对噪声进行滤除。为了便于对回波的位置和大小进行观察评定， 需设计检波电路对信号进行检波。3.3.1 限幅保护电路由于探头是收发一体的，探头激励高压将输入到接收通道。如果不能对此信号进 行限幅，将损坏接收通道电路元件，并使接收通道在激励脉冲之后一段时间不能正常 接收缺陷信号，从而造成对钢管近表面探伤误判[17]。本系统采用并联限幅保护电 路，由于在系统的设计中采用的是单探头，而发射电压的幅值高达几百伏，为了保护 放大电路工作器件的安全，必须采用限幅电路。电路如图所示，二极管 D3 和 D4 分别 对正向和负向大脉冲信号进行限幅，保护了接收通道，提高了接收通道后续电路的反 应灵敏度。由于超声信号频率较高，这要求二极管 D3 和 D4 具有较高的反应速度和承 受约 400V 反向电压，如图 3-3 所示。C4 R7 100K 0.1uF CRYSTAL D3D4图 3-3 限幅保护电路其中电容 C 主要的作用是隔直，设计中选用了 0.01uf 的陶瓷电容。-17-3.3.2 放大电路由于超声波探头接收回来的信号幅度十分微弱(一般几十毫伏)，为了将信号放大 到采集卡合适的量程中，需要对信号进行放大或衰减。为了对信号幅度进行定量评 定，首先要求放大器的输出电压与输入电压成线性关系。为了能够测量幅度的变化 值，在接收的信号进入放大器前，先经过已校准的衰减器，以便对信号幅度定量调 节，用于不同信号幅度比较[18]。 AD603 由衰减器、增益控制接口和增益放大器三部分组成。信号经衰减器衰减 后，再通过定增益放大器放大。衰减器的精度为± 2％。超声波回波信号在未经放大 时幅值仅 0.2V，且含有大量的噪声，信噪比(SNR)较低，从波形上很难辨别出缺陷回 波和底面回波。经过带通滤波器滤波和 AD603 放大后信号的幅值有 2V 左右，信噪 比得到很大提高，能够比较清晰的辨别出缺陷回波的波形。当 AD603 输出端 VOUT 与 反 馈 端 FDBK 接 上 反 馈 电 阻 时 ， Gain(dB)=40 V G +20; 此 时 增 益 范 围 为 0dB~+40dB，本设计中通过调节可变电阻把放大倍数变为 10 倍。如图 3-4 所示。C7 0 .1u F IN 1 C5 2 3 4 0 .1u F +5 C8 0 .01 u F -5GPOS GNEG VINP COMMVPOS VOUT VNEG FDBK8 7 6 5 OUTAD6 0 3 R8 1 0 0K C6 0 .01 u F R9可变电阻图3-4 放大电路3.3.3 滤波电路在回波信号中，有效信号的频率为超声波探头的固有频率，但是在接收信号中存 在了各种频率成分的杂波信号，因此在对信号进行模数转换之前，需采用滤波器对信 号中的杂波进行滤除。滤波器是一种允许具有特定频率范围的信号通过，并且衰减其 他所有信号的设备[19]。一个理想的滤波器在它的通带内的所有频率有一个理想的增 益，在它的通带以外的所有频率的增益为零，因此被广泛地应用于从复杂信号中提取 所期望的频率部分，并且滤掉不期望的频率部分。设计中我们利用集成运放-18-MAX4104 构成二阶压控电压源带通滤波电路，用以对信号放大过程中引入的噪声进 行控制，电路如图 3-5 所示。R1 2 3 .18 3 K R1 1 1K R1 3 1 .75 K1 C1 0 R1 0 IN 3 .18 3 K 0 .01 u F C9 0 .01 u F -5 R1 4 6 .36 6 K C1 1 2 3 4NC ININ+ VEENC VCC OUT NC8 7 6 5+5 OUTMAX4 1 04 0 .1u F C1 2 0 .1u F图 3-5 滤波电路电阻 R10 和电容 C9 组成低通网络，C10 和 R14 组成高通网络，两者串联就组成了 带通滤波电路。为了在应用中方便实现，在计算参数时，我们先令 R10=R11=R, R14=2R, C9=C10=C，则由 KCL 列出方程，可导出带通滤波电路的传递函数见公式 （3-1） 。A(S ) ? A VF s C R 1 ? ( 3 ? A VF ) s C R ? ( s C R)2(3-1)式中 A VF ? 1 ?R 13 R 12为同相比例放大电路的电压增益，根据电路需要稳定工作的条件，要求 A VF ? 3 。令A0 ? A VF 3 ? A VF 1 RC Q ? 1 3 ? A VF?0 ?(3-2)则有A0 A(s) ? 1? s Q? 0 s Q? 0 ?( s(3-3))2?0式（3-3）为二阶带通滤波电路传递函数的典型表达式，其中? 0 ? 频率又是带通滤波电路的中心角频率。令 s=j ? 带入式 3-3，则有-19-1 RC它既是特征角A0 A ( j? ) ?1 Q?j??0)21? (? ?0? 1 ? jQ (A0? ?0??O ?(3-4))上式表明当? ? ? 0 时，带通滤波电路具有最大增益，且A ( j? 0 ) ? A 0 ? A VF 3 ? A VF(3-5)上式是带通滤波电路的通带电压增益。 当（3-4）分母虚部的绝对值为 1 时，有A ( j? ) ? A0 2Q((3-6)) ?1? ?0??0 ?(3-7)取正根，可以求出带通滤波电路的两个截至角频率，从而导出带通滤波电路的通带宽 度为BW ??02? Q?f0(3-8)Q根据上面的分析，并且结合探头的实际参数我们可以确定出图 3-6 带通滤波电路 的电阻和电容参数值，根据 B5S 探头手册可知，中心频率 f 0 =5MHZ，带宽 BW=1.25MHz,设计中首先选取 C=10pF,则有R ? 1? 0C?1 2? f 0C? 3 . 183 K ?(3-9)根据 BW ?f0和(3-4)可求出 Q 为Q ? A VF ? f0Q? 4 ? 2 . 75BW 1 ? 3Q Q(3-10)带入 A VF ? 1 ?R 13 R 12,得 R 13 ? 1 . 75 R 12 。-20-3.3.4 检波电路为了获得被检测物体的检测信息，就需要对回波信号进行解调。在探伤仪中主要 是需要幅值调制信息，故需采用幅值解调。幅值解调就是从振幅收调制的高频信号中 还原出调制信号，所以通常也称幅值解调为拾波[20]。常用的检波电路很多，这里采 用二极管峰值包络检波电路，如图 3-6 所示。D5U1C13R14U0图 3-6 检波电路图中 RC 电路有两个作用：一是作为检波器的负载，在其两端产生调制电压;二 是起到高频电流的旁路作用。因此 RC 网络必须满足公式（3-11）。1? 0c?? R ，1?C?? R（3-11）其中，? 0 为输入信号的载频，在这里就是指超声的频率，? 为调制信号的角频率。 当 U1 为正电压时，二极管导通，电容 C 被充电，当 U1 为负电压时，电容 C 通过 R 放电。因为放电的时间常数 RC 较大，放电较慢，在电容电压 U。下降不多时，U1 的正半周又来到，再次对电容 C 继续充电。这样经过多次反复的充电，电容 C 上的 电压就接近于输入电压的峰值，达到检波的目的。3.3.5 A/D 转换电路及数据存储电路TLC5510 是 TI 公司生产的 8 位半闪速结构的 A/D 转换器，它采用 CMOS 工 艺，内部还有采样和保持电路，具有高阻抗方式的并行口以及内部基准电阻。从而简 化了外围电路，降低了功耗。TLC5510 芯片最大可以提供每秒 20M 的采样率，输入 范围为 0~2V ,分辨率为 2V/ 2 8 =0.0078V，在整个工作温度范围内(-20℃~75℃)士 0.75LSB 线性误差。IS61C256 是 ISSI 公司生产的低功耗、32K, 8 位高速静态 RAM。 它采用了高速 CMOS 技术，最快响应时间为 10ns，能够满足数据缓冲的需要[21]。 TLC5510 芯片和 IS61C256 外围电路图如图 3-7 所示。-21-R18 IN可变电阻R16 47KC26 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 OE DGND D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 CLK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 VCC C22 0.01uF0.01uF C27 0.1uFDGND REFB REFBS AGND AGND ANALOGIN VDDA REFT REFTS VDDA VCC VDDA VDD VDDD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 WE OE CEA0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 VCCR17 4K7 C28 0.01uFC22C21 0.01uF TLC5510IS61C2560.01uF图 3-7 A/D 转换电路及数据存储电路3.4 单片机及 CPLD 电路本设计采用的 AT89C51 是一款内含 4K 字节可编程可擦除的快闪存储器, 128 个 字节 RAM、低电压、高性能 CMOS 结构的 8 位单片机。采用 ANTIEL 高密度非易失 存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功 能 8 位 CPU 和快闪存储器组合在单个芯片中，AT89C51 是一种高效微控制器，为很 多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。 AT89C51 的主要特性如下 (1)与 MCS-51 兼容； (2)4K 字节可编程快闪存储器； (3)寿命：1000 次写/擦； (4)数据保留时间：十年； (5)32 可编程 I/O 口线； (6)两个 16 位定时器/计数器； (7)五个中断源； (8)可编程串行通道； (9)低功耗的闲置和掉电模式； (10)片内振荡器和时钟电路。单片机的外围电路如图 3-8 所示。-22-1 2 3 4 5 6 7 8P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 739 38 37 36 35 34 33 3210 11 12 13 14 15 C1 8 19 +5 0 .01 u F C1 9 S C2 0 0 .01 u F 9 CRYSTAL2 18P3 0/RXD P3 1/TXD P3 2/INT0 P3 3/INT1 P3 4/T0 P3 5/T1 X1P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 EA/VPP RD/P3 721 22 23 24 25 26 27 28 31 17 16 30 29X2 RESET AT89 C5 1W R/P3 6 ALE/PRDG PSEN微动开关R1 5 10K图 3-8 单片机外围电路在这里我们选择了 Altera 公司的 CPLD 芯片 EPM7128SPLCC84-15 作为控制芯 片。如图 3-9 所示。 1.EPM7128S 的性能介绍 (1)宏单元数为 128，可用门数为 2500; (2)计数器工作频率达 178.6M; (3)单一 5V 供电。 2.EPM7128S 的晶振 采用了 100M 的有源晶振，采用 5V 供电。-23-CE TLC5510 CLKCSO CS1 STARTD0-D9EPM7128SREAD_OK READ_AS K READ_REA DY D0-D7 MCUIS61C256 A0-A16图 3-9 CPLD 电路原理图从图中可以看到，CPLD 在系统中起着重要的作用。 1.控制 ADC 芯片 TLC5510 的采样，主要是通过 CLK 和 OE； 2.控制高速静态存储芯片 IS61C256，通过控制信号控制 RAM 芯片的读写状 态； 3.向单片机传输数据，主要是通过 READ_ OK, READ_ ASK 和 READ_ READY 三根控制线和 8 根数据线与单片机完成数据采集的传输。3.5 其他电路的设计3.5.1 光电耦合电路在系统的模拟电路中，激励电路中开关器件 IRF840 的门极控制信号是来自数字 系统中的数字量，故采用了光电耦合器件完成模拟系统和数字系统的电隔离消除地电 位不同所产生的影响，增强系统的抑制噪声干扰的能力。如图 3-10 所示。-24-R2 1 5V 10K TRANSCT C2 7C2 5R1 9 47K0 .01 u F0 .01 u F C2 6 R2 2 47K 0 .01 u F 1 0 0K R2 0图 3-10 光电耦合电路3.5.2 电源电路此+5v 电源为硬件电路图中的器件提供电源电压。如图 3-11 所示，为+5v 电源产 生电路。7 8 L0 5 1 D L INDUCTOR BRIDGE+ C2 9V IN GNDV3 OUT+ C3 1C3 2 0 .1u F D电解电容C3 0电解电容20 .1u FR 47K图 3-11 电源电路交流 220V 转化成直流 400V 电源，如图 3-12 所示。-25-TF?+D? 220V TF?TRANS D1BRIDGE C38 0.01uF R25 47K C39 0.1uF R26 100KC40 0.01uF C41 D8 TRANS DIODE DIODE D10 0.01uFR24 RES 1 2 3 4 R23 FS BB IS R1 Vref VCC OUT GND 8 7 6 5D6 DIODE T?D7 R27 RES TRANS1可变电阻C33 0.01uF C34 0.01uF C35 0.01uF C36 0.01uF FAN7553 DIODER28RESQ? 2N4351D11DIODER29 RESC37 0.01uFR30 RES图 3-12 交流 220V 电源转换成直流 400V 电源下面的电路是放大电路和滤波电路的-5V 电压的电路，如图 3-13 所示。 U?1 2 3 4 OSC LV NC GND V+ CAP+ CAPVout 8 7 6 5 C43 10uFLMC7660IM -5V C42图 3-13 -5V 电压电路10uF3.5.3 通讯接口电路通信接口电路是连接单片机和计算机的，其电路图如图 3-14 所示。-26-R2 ou t T2 in T1 in R1 ou t R1 in T1 ou t GND VCC MAX2 3 2R2 in T2 ou t VC2 C2 + CIV+ CI+C1 4 1 6 2 7 C1 5 3 8 4 9 5 RS23 2C1 6C1 7图 3-14 通讯接口电路-27-第4章系统软件设计4.1 LabVIEW 的程序结构习惯上，通常把 LabVIW 环境下开发的程序程称为 VI (VirtualInstrument，虚拟仪 器)。一个 VI 通常由三个部分组成，即前面板(FrontPanel )、图形块(Block Diagram)和 接口板组成[22]。VI 的前面板类似于传统仪器的模拟面板，用来放置显示类和控制类 的控件，结果的显示由显示类控件完成。 通过应用程序将通用计算机与仪器硬件结合起来，用户通过前面板操作此计算 机，这样的测试系统就是虚拟仪器(VI)。(VI)以透明的方式把计算机资源(如微处理 器、内存、显示器等)和仪器硬件(如 A/D，D/A 数字 I/O、定时器、信号调理等)的测 量、控制能力结合在一起，通过软件实现对数据的分析处理、表达以及图形化用户接 口。 从构成要素讲，虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的；从构成 方式讲，则有以 DAQ 板和信号调理为仪器硬件而组成的 PC-DAQ 测试系统，以 GPIB、 VXI、Serial 和 Fieldbus 等标准总线仪器为硬件组成的 GPIB 系统、VXI 系 统、串口系统和现场总线系统等多种形式[23]。无论哪种虚拟仪器系统，都是将仪器 硬件搭载到各种计算机平台加上应用软件而构成的。4.2 上位机软件设计本设计的上位机程序主要由四部分组成：波形采集部分、滤波器模块、波峰检测 函数模块以及数据分析模块。数据分析模块根据计算公式选择适当的运算器即可。 缺陷位置= ct/2, t =缺陷波时间―发射波时间。依次将控制件发射波位置、缺陷波位 置对应的代码与减法运算器相连,输出结果、0. 5与乘法运算器相连,该运算结果、波速 代码再与另一个乘法运算器相连,最后将运算输出与显示件缺陷位置的代码相连,即可计 算出缺陷位置并显示在界面上。 根据缺陷率=缺陷波幅值/首波幅值；将显示件缺陷波幅值、首波幅值对应的代码和 除法运算器相连,就可以将缺陷率计算出来并显示在界面上。前面板及程序框图如图4-1 和4-2所示。-28-图 4-1 前面板设计图 4-2 程序框图设计4.3 下位机软件部分设计设计中超声检测工作过程为：当系统上电之后，完成系统的初始化工作，然后由 单片机 MCU 控制 CPLD 产生激励脉冲，激励超声探头产生超声波信号。系统产生超 声波信号之后，超声波检测模块开始运行，同时 AD 转换器在 CPLD 控制逻辑下开-29-始进行模数转换，并且经转换结果存储到双口 RAM 当中。当采样存储过程完成之 后，单片机 MCU 会得到一个中断信号，从而进行数据处理工作，数据处理完毕之后 送液晶显示并且产生下一次激励脉冲触发信号。如图 4-3 所示。开始系统上电N初始化？Y产生激励脉冲超声波检测模 块运行AD转换N数据存储完毕？YN数据处理完毕？ Y 结果显示结束图 4-3 系统总体流程框图-30-4.3.1 数据采集在 LabVIEW 的平台下的串口编程方式有两种，即传统的串口方式和基于 VISA 的编程方式，在本系统中采用 VISA 的编程方式，其流程图如图 4-4 所示。开始发送采集命令接收数据 N 结束标志？ Y 退出采集？ Y 结束N图 4-4 数据采集流程图4.3.2 CPLD 的程序设计当 CPLD 接收到微控制器发出开始采集的信号后，发出激励电路的控制脉冲， 同时启动 ADC 进行采样并控制地址产生电路及 RAM 时序完成数据的存储，当完成 采样过程后，向微控制器发出采样完成信号，然后开始向微控制器传送数据，完成数 据传输后，系统重新恢复空闲状态，等待下一次来自微控制器的采样启动信号。其流 程图如图 4-5 所示。-31-开始接收单片机 发出的命令开始采样N数据存储？Y向单片机传 送数据结束图 4-5 CPLD 流程图4.3.3 MCU 的程序设计脉冲宽度由 P0 口设定，当 MCU_INT=1 时，系统对锁存器进行清零，然后锁存 器中的值与锁存器中的脉冲宽度值进行比较，当二者相等时，锁存器输出端的信号即 为所需的超声脉冲激励信号。MCU 的流程图如图 4-6 所示。-32-开始系统上电脉冲宽度存储 单元寻址 写入脉冲宽度 值MCU_INT=1计数器清零NMCU_INT=1?Y计数器加1N计数结果是否等于脉宽?Y计数器结果保持不变 比较器输出0结束图 4-6 MCU 流程图-33-结 论本设计主要研究了钢管探伤的检测系统，它可以在不损伤被检测对象的内部结构 的前提下进行检测。本设计利用 CPLD 强大的逻辑处理功能结合单片机 MCU 作为系 统的核心开发了超声检测系统。在设计的过程中，采用了模块化的设计方案，提高了 系统的可靠性。采用了低成本的单片机 AT89C51 和可编程逻辑器件 EPM7128S 完成 了系统核心控制，简化了仪器的电路和电子元器件的数量，使本设计的成本低、体积 小、结构简单。把模拟电路和数字电路进行了分离设计，减少了相互信号之间的干 扰，确保了系统的稳定性和可靠性。采用了 MAX4104, AD603 等低噪声、低漂移、 高精度、高可靠性的集成电路芯片，使得仪器具有集成度高，性能稳定等特点。最后 完成了上位机 LabVIEW 对超声检测系统进行了软件设计以及下位机 CPLD 和单片机 的设计。 由于个人能力有限，在本设计中还存在很多不足之处，需要进一步的完善。比如 在超声模拟电路的设计中，放大电路部分做的还不够好，缺少一些计算性的东西，应 该结合探伤的调节进行具体的分析。有些图画的还不够好，需要加强。-34-致 谢本文的研究工作是在我的导师寇晓静老师的精心指导和悉心关怀下完成的，在我 的学业和论文的研究工作中无不倾注着寇老师辛勤的汗水和心血。寇老师严谨的治学 态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到 了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师寇老师致以最 衷心的感谢和深深的敬意。 感谢我敬爱的父亲和母亲，感谢他们含辛茹苦的抚养和教育，感谢他们以最伟 大、最无私的爱赋予我以永远的支持。 在此，由衷地向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学、朋友和亲人致以我最 诚挚的谢意! 衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!-35-参考文献1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 应崇福.超声学[M].北京:科学出版社, 刘贵民.无损检测技术[M].北京:国防工业出版社, 张旭辉,马宏伟.超声无损检测技术的现状和发展趋势[J].现状? 战略,2002， 趋势? 26(2):10-12 耿荣生.新千年的无损检测技术-从罗马会议看无损检测技术的发展方向[J].无损 检测,): 2-3 蒋危平.超声波探伤仪发展简史[J].无损检测,)：45-51 戴光译.无损检测与评价手册[M].北京:中国石化出版社, 冯若.超声手册[M].南京:南京大学出版社, 张易,知肖啸等.虚拟仪器的设计与实现[M].西安:西安电子科技大学出版 社, 侯国屏,王坤,叶齐鑫.LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计[M].北京:清华大学出版 社, 刘君华.基于 LabVIEW 的虚拟仪器设计[M].北京:电子工业出版社
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