【正文】 cision can reach the requirement of practical industrial, therefore in the research on the mobile robot also widely application. This design used LabVIEW with low cost for the core, high precision, miniaturization digital display ultrasonic thickness gauge of hardware and software design method. Application of ultrasonic wave of piezoelectric ceramic realized the emitting and receiving signal harmonic signal and the transformation, Application software technology to probe LabVIEW received signal processing, realize the ultrasonic thickness gauge function. The experiment proved that the system design is reasonable, strong antijamming ability, good realtime, expansion and upgrade, so the system can effectively solve all sorts of plank and machining parts, construction site accurate measurement of industrial site monitoring and some problems. Keywords: ultrasonic, thickness, LabVIEW III 目 錄 前言 …………………………………………………………………………………1 第 1章． 超聲波測厚儀的簡介 ..………………………………………………….2 概述 ……………..…………………………………………………2 ……………………………………………………………2 特性 …………………………………………………………2 應用 …………………………………………………………3 …………………………………………………………4 第 2章 ．系統(tǒng)的總體設計 ……………………………………………………………5 …………………………………………………………..5 ………………………………………………………..5 ………………………………………………………..5 …………………………………………………..5 …………………………………………………..6 . 系統(tǒng)整體方案的論證 …………………………………………………7 第 3章 ．超聲波測厚儀測厚原理、方法 ……………………………………………8 ………………………………………………………..8 接收裝置 ………………………………………………………………..9 ……………………………………………………………..9 原理 ………………………………………………10 ………………………………………………………11 第 4章 ．系統(tǒng)基于 虛擬 儀器 的設計 ………………………………………………13 ………………………………………………………………………13 ………………………………………………………………13 ………………………………………………………………14 . LabVIEW………………………………………………………………………15 的概述 ……………………………………………………….15 IV . LabVIEW 的應用 ……………………………………….......................15 . LabVIEW 常用控件 ……………………………………………………16 LabVIEW 下的設計 …………………………………………………………20 …………………………………………………………....20 ……………………………………………………………22 ………………………………………………………24 處理 ……………………………………………………………26 …………………………….………………………………...26 第 5章．總結 ……………………………………………………………………..30 致謝 …………………………………………………………………………………31 參考文獻 ……………………………………………………………………………32 附錄 1：程序框圖 ………………………………………………………………….33 附錄 2：英語原文 ………………………………………………………………….34 附錄 3：中文譯文 ………………………………………………………………….44 北方民族大學學士學位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 1 前 言 虛擬儀器 (Virtual Instrument,簡稱 VI)是儀器技術與計算機技術深層次結合的產物，它是全新概念的儀器，是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應用。超聲波測 厚儀 ， 可以對各種板材和加工零件作精確測量， 也 可以對生產設備中各種管道和壓力容器進行監(jiān)測，監(jiān)測它們在使用過程中受腐蝕后的減薄程度 。 經(jīng)實驗證明，這套系統(tǒng)設計合 理、抗干擾能力強、實時性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴展和升級，可以有效地解決 各種板材和加工零件精確測量 、 建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控 問題 。一種是將計算機裝入儀器，智能化儀器采用的就是這種結合方式；另一種方式是將儀器系統(tǒng)裝入計算機，以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器的功能，常說的虛擬儀器就是這種方式。 目前國內生產的超聲波測厚 儀主要是以微處理器為核心，以大規(guī)模集成芯片為外圍電路 ， 其中以 TT， CL系列 的使 用最為廣泛。只要能傳播 超聲波（頻率高于 20kHz 的聲波）的工程材料（如金屬、材料、玻璃等）都可以進行測量，方法簡單 ，同時 測量 的 結果清晰明了。 超聲 波 和 可聞聲 波本質上是一 樣 的，它們的共同點都 屬于 一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質內 傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲波頻率高，波長短 。 特性 [1] 超聲波具有許多 優(yōu)秀的 特性： ⑴． 傳播特性 超聲波 由于 波長很短， 而 通常 被測物 的厚度 要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領 很 差 ，但 這保障了超聲波 在均勻介質中定向直線 的 傳播 。在相同強度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。微粒間這種劇烈的 碰撞 ，會使液體的溫度 由于液體分子做功而 驟然升高，起到了很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發(fā)生乳化，并且加速溶質的溶解 和 化學反應。 從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng) 超聲波換能器 聚焦在 被測物 上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力） ， 匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把 被測物 的形象 或厚度 顯示在熒光屏上。 ⑶． 基礎研究 超聲波作用于介質后，在介質中產生聲弛豫過程，聲弛豫過程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運過程，并在宏觀上表現(xiàn)出對聲波的吸收。點陣振動的能量是量子化的 ,稱為聲子。隨著計算機的軟、硬件的日益發(fā)展。 超聲波測厚儀可對各種板材和各種加工零件作精確測量，也可以對生產設備中各種管道和壓力容器進行監(jiān)測，監(jiān)測它們在使用過程中受腐蝕后的減薄程度。 超聲波測厚儀僅是超聲技術應 用的一部分，還有很多領域都可以應用到超聲技術。軟件部分則通過 LabVIEW 軟件實現(xiàn)對超聲波傳感器接收信號的處理， 并 對 結果 進行 數(shù)據(jù)化顯示，清楚明了。利用超聲波檢測距離，設計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到生產自動化的使用要 求。目前在近距離測量方面常用的是壓電式超聲波換能器。另外也可以選用 LabVIEW 本身產生 不同相位的 波形信號， 通過 LabVIEW 頻譜 計算 峰值頻率 ， 再求倒得到時間值，帶入公式 vt? 21 就可求出 被測物 的 厚度 。 LabVIEW 設計 主要是超聲波接收器接收超聲波 的 反射信號 并 對其的處理，以實現(xiàn)測厚的數(shù)字化顯示。 將頻率值引出求倒，得到時間值。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；頻率高分辨率也高 。 其 指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而用于距離測量?，F(xiàn)在主要采用脈沖回波法檢測厚度的工作原理。當超聲波傳到被測物底部時被完全反射回來，被接收換能器（接收探頭）所接收。 表 不同材料的超聲波波速 材料 聲速（ m/s） 鋁 6260 鐵 5900 銅 4700 黃銅 4640 鋅 4170 銀 3600 玻璃 2350 錫 3230 金 3240 ．超聲波 接收裝置 [3] 超聲波探頭是實現(xiàn)聲、電轉換的裝置，又 稱超聲換能器或傳感器。常用的晶體是石英、酷鈦酸鉛等。反之，如果兩電極間未外加電壓 ，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電品片振動，將機械能轉換為電信號，這時就成為超聲波接收器。超聲縱波經(jīng)渡型轉換器以一定傾角入射到工件表面上時，發(fā)生反射、折射及波型轉換。在始波和底波之間，會有一些被衰減的 波成為傷波。 超聲波為直線傳播方式 ， 頻率高，反射能力強。直探頭垂直于工件表面使用，傳播的是超聲縱波，有利于探測表面平滑的物體厚度。對于厚度較薄的測定會不太精確，落在盲區(qū)之內的回波無法測量。工件厚度的計算法與標度直讀法相同。如果測厚標度校正后， n次回波相當?shù)纳疃葹?S。所以采用標度直讀法。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。下面的結構反映了常見的 虛擬儀器方案 ： 被測對象→信號處理→數(shù)據(jù)采集卡→數(shù)據(jù)處理→虛擬儀器面板 [6] 虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計算機網(wǎng)絡使得虛擬儀器技術展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。 北方民族大學學士學位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 14 ⑶ .開發(fā)時間少 驅動和應用兩個層面上， NI高效的軟件構架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術結合在一起。 NI的虛擬儀器軟件平臺為所有的I/O設備提供了標準的接口，幫助用戶輕松地將多個測量設備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務的復雜性。 目前，美國的 NI公司和 HP公司在虛擬儀器的研究方面處于領先地位，購買其虛擬儀器產品必將有助于我們的科研和教學工作，但價格非常昂貴。如虛擬函數(shù)發(fā)生器、虛擬示波器等。也是目前應用最廣，發(fā)展最快，功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。同時， LabVIEW 還實現(xiàn)了對 FPGA等硬件的支持，實際上也是一種硬件設計工具。從儀器控制、數(shù)據(jù)采集到測試和工業(yè)自動化，從大學實驗室到工廠，從研究探索到技術集成，不同領域的科學家和工程師都在借助 LabVIEW解決研究和工作中出現(xiàn)的各種應用課題。 ⑵．應用于工業(yè)測量和控制平臺 LabVIEW 可用于要求苛刻的工業(yè)應用，如高級 I/O、高速模擬信號采集、振動北方民族大學學士學位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 16 監(jiān)控、控制及其視覺之類的高級處理應用，以及與工業(yè)硬件（如 OPC設備和 PLC）的通信。 ⑷．應用于院校實驗室 LabVIEW 在測控領域掀起革新的同時，也增強和提高了院校實驗室的研究。 LabVIEW中的數(shù)據(jù)類型包括數(shù)字型(Numeric)、布爾型 (即邏輯型， Boolean)和字符串型 (String)；構造數(shù)據(jù)類型包括數(shù)組和簇；其他數(shù)據(jù)類型包括枚舉（ RefNum）、空類型等等。 北方民族大學學士學位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 17 由于簇可以包含不同的數(shù)據(jù)類型，創(chuàng)建簇時要將不同類型的數(shù)據(jù)打包；訪問簇中的元素時要將簇解包。例如數(shù)組，你也可以直接從 Control 工具板上直接拖取對象堆放到簇中。 如果你要求簇嚴格地符合簇 內對象的大小，可在簇的邊界上彈出快速菜單選擇自動定義大小 . ② .簇與子 VI的數(shù)據(jù)傳遞 一