【正文】 擁有良好的反射性能 ， 并且 在固體和液體內(nèi) 的 衰減比電磁波??；二是功率大，能量集中，攜帶的能量比一般的聲波大得多，可形成高強(qiáng)度、劇烈 的 振動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)械、光、熱、電、化學(xué)和生物等各種效應(yīng)。 因此 超聲波測厚儀廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。它 的出現(xiàn)使測量儀器和計(jì)算機(jī)之間的界線消失，開始了測量儀器的新時(shí)代， 是儀器領(lǐng)域的一次革命。 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 論文題目 : 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀的設(shè)計(jì) 院 (部 )名 稱 : 電氣信息工程學(xué)院 學(xué) 生 姓 名 : 專 業(yè) : 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) : 指導(dǎo)教師姓名 : 論文提交時(shí)間 : 2021 年 5 月 21 日 論文答辯時(shí)間 : 2021 年 5 月 28 日 學(xué)位授予時(shí)間 : 北方民族大學(xué)教務(wù)處制 I 摘 要 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于 長度 的測量，如測 厚 儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。 計(jì)算機(jī)和儀器結(jié)合方式主要有兩種。 本 論 文基于虛擬儀器的超聲波測厚儀的設(shè)計(jì)運(yùn)用 LabVIEW 軟件設(shè)計(jì)的測厚儀，除測厚外，還可用于聲速的測量。由于這兩大特點(diǎn)，超聲波在現(xiàn)代科技廣泛應(yīng)用，在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域都有廣 泛的用途。這些小空洞迅速脹大和閉合， 使液體微粒之間發(fā)生猛烈的 碰撞 ，從而產(chǎn)生幾千到上萬個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。 ⑵． 超聲處理 利用超聲的機(jī)械作用、空化作用、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，可進(jìn)行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和進(jìn)行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個(gè)部門獲得了廣泛 的 應(yīng)用。 波測厚儀的應(yīng)用 超聲波測厚是應(yīng)用廣泛的工業(yè)測厚方法之一，超聲波測厚儀在電工技術(shù) 、 工業(yè)自動(dòng)化 、 智能控制 、 通訊及電子技術(shù)等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。超聲波測厚儀 廣泛用于各種板材、管材壁厚、鍋爐容器壁厚及其局部腐蝕、銹蝕的情況，因此對(duì)冶金、造船、機(jī)械、化工、電力、原子能等各工業(yè)部門的產(chǎn)品檢驗(yàn)對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行及現(xiàn)代化管理起著主要的作用。 系 統(tǒng)整體 方案 的 設(shè)計(jì) 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 6 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。超聲波接收器接收到反射回的超聲波與超聲波發(fā)射器發(fā)射的波進(jìn)行底波與始波的相位差計(jì)算，就可以顯示被測物的厚度。輸出的 信號(hào) 可以直接送給 Graph顯示，為了計(jì)算 時(shí)間值 ，需要先從這 些 信號(hào) 中提取出 峰值 對(duì)應(yīng) 的頻率 。頻率在 11～ 2 104Hz 之間，能為人耳所聞的機(jī)械波，稱為聲波；低于 11Hz 的機(jī)械波，稱為次聲波；高于 2 104Hz的機(jī)械波，稱為超聲波， 超聲波為直線傳播方式，頻率高，反射能力強(qiáng) 。 圖 測量原理 H ρ 1 ρ 2 發(fā)射探頭 接收探頭 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 9 由圖 ，將被測物置于與它密度完全不同的介質(zhì)上，此時(shí)，當(dāng)發(fā)射換能器（發(fā)射探頭）被測物發(fā)射超聲波脈沖，設(shè)經(jīng)校驗(yàn)后超聲波波速為 v,超聲波速根據(jù)被測物不同而有所改變。換能器由晶體制成，利用晶體的 逆 壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，壓電效應(yīng)接收超聲波。斜探頭由直探頭和波型轉(zhuǎn)換器組成。 波始 傷波 底波 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 11 圖 時(shí)差法 考慮到現(xiàn)場測量的耐振性，我們選用性能穩(wěn)定的話鈦酸鉛系壓電陶瓷 (PZT)探頭。標(biāo)度直讀法只適用于較大深度的測定。兩個(gè)相鄰回波標(biāo)度差對(duì)應(yīng)的距離就是工件厚度 d。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。 ⑴ .性能高： 虛擬 儀器技術(shù)是在 PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的 PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí) 間。該儀器的主要特點(diǎn)如下：采用了 LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)，軟件編程方便、簡潔、效率高；利用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)可測量兩個(gè)同頻信號(hào)的相位差；在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，通過改變軟件的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)別的儀器的功能。 LabVIEW 不僅是一種編程語言，還是一種用于測量和自動(dòng)化的特定應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，一種用來快速設(shè)計(jì)工業(yè)原型和應(yīng)用程序的高度交互式的開發(fā)環(huán)境。測試和測量中的應(yīng)用通常有生產(chǎn)測試、驗(yàn)證測試、機(jī)械測試、實(shí)時(shí)可靠性測試、便攜式場地測試、射頻 RF和通信測試、機(jī)臺(tái)測試、圖像采集和數(shù)據(jù)采集等。 LabVIEW作為虛擬儀器程序設(shè)計(jì)軟件，提供了對(duì)多種數(shù)據(jù)類型的支持。然后你可以將前面板上的任何對(duì)象放在簇中?？梢杂梦恢霉ぞ咄弦菲鋱D標(biāo)的右下角以增加輸入端子的個(gè)數(shù)。 i++ ) { } 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 18 LabVIEW中的 For循環(huán)可從框圖功能模板子模板中創(chuàng)建。 ③．順序結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu)包含一個(gè)或多個(gè)按順序執(zhí)行的子程序框圖或幀，程序中用幀結(jié)構(gòu)來控制程序的執(zhí)行順序，執(zhí)行完某一幀中的程序以后再執(zhí)行下一幀中的程序。 LabVIEW中常用的字符串?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有字符串。一幅精心設(shè)計(jì)的畫面為用戶提供的信息量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過完全由數(shù)字或文字組成的報(bào)告。 用 LabVIEW 程序進(jìn)行信號(hào)的發(fā)生主要依靠一些可以產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的函數(shù)、 VIs以及 Express VIs 來完成，另外一些數(shù)學(xué)應(yīng)算函數(shù)也可以產(chǎn)生波形信號(hào)。 在仿真信號(hào) VI 中設(shè)置采樣率和采樣數(shù)，采樣率至少為所設(shè)置頻率的 2倍，采樣數(shù)值可以自動(dòng)調(diào)節(jié)。 在函數(shù)選板上選擇“ Express→信號(hào)分析 ” . 在該子選板中選擇“濾波器”函數(shù)，用此 Express VI 來處理生成的仿真信號(hào)。 將頻譜測量放到前面板后會(huì)彈出以下窗口。 超聲波信號(hào)的頻率為 40kHZ。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測厚儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波測量物體間的厚度。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 31 致謝 我所做的“ 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 ”是一項(xiàng)綜合的工作。 最后我要深深地感謝我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我 無盡的愛、理解和支持，才使我時(shí)刻充滿信心和勇氣，克服成長路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。 Cluster palette. This option gives you a shell (similar to the array shell when creating arrays). You can size the cluster shell when you drop it. rightclick inside the shell and add objects of any type. Note: You can have a cluster inside of a cluster. The cluster bees a control or an indicator cluster based on the first object you place inside the cluster. Create a cluster constant on the block diagram by choosing Cluster Constant from the Cluster palette. This gives you an empty cluster shell. You can size the cluster when you drop it. Put other constants inside the shell. Note: You cannot place terminals for front panel objects in a cluster constant on the block diagram, nor can you place “special” constants like the Tab or Empty String constant within a block diagram cluster shell. 4. You create a cluster constant on the block diagram by selecting a cluster constant on the Functions187。在此，我向他們致以最誠摯的感謝！ 首先，我要感謝我的導(dǎo)師李學(xué)生老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時(shí)也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所給予我得幫助。 該測厚儀穩(wěn)定性比較高、 操作簡單 ， 結(jié)果直觀明了。它 具有數(shù)字式測厚儀的一切優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其充分利用了計(jì)算機(jī)的軟硬件 資源，因而具有能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行一些傳統(tǒng)儀器難以實(shí)現(xiàn)的功能 。 圖 頻譜測量的設(shè)計(jì)面板 將信號(hào)輸入頻譜測量，進(jìn)行頻譜變換，得到正弦 FFT（峰值）圖。通過設(shè)置將所需要的波形過濾出來，以便進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)。濾波器接節(jié)點(diǎn)位于函數(shù)選板的“信號(hào)處理→濾波器” 數(shù)字濾波器節(jié)點(diǎn)可以將輸入信號(hào)直接經(jīng)過濾波器處理，也可以計(jì)算濾波器系數(shù)來設(shè)計(jì)濾波器。但設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，本論文 選用用軟件產(chǎn)生具有一定相位差的波形信號(hào)。 按照處理測量數(shù)據(jù)的方式和顯示過程的不同， LABVIEW波形顯示控件主要分為兩大類，一類為事后記錄圖（ Graph） ,另一類為實(shí)時(shí)趨勢圖（ Chart），這兩類控件都是用來對(duì)波形或圖形進(jìn)行顯示的，它們的區(qū)別在于兩面三刀者的數(shù)據(jù)組織方式及波形刷新方式不同。 文件 I/O操作時(shí)與文件交換數(shù)據(jù)的重要途徑，文件操作包括打開和關(guān)閉文件操作。 ⑷ .字符串和文件 程序設(shè)計(jì)語言除了識(shí)別自身語言規(guī)范的一些標(biāo)識(shí)、信息 外，還需要和外界北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于虛擬儀器的超聲波測厚儀 19 交換信息。 其重復(fù)端口相當(dāng)于 C語言 For中的 I，初始值為 0，每次循環(huán)遞增步長為 1。分解簇功能是將簇分解為若干分離的元件。一個(gè)簇中的對(duì)象必須全部是 Control，或全是Indicator，不能在同一個(gè)簇中組合 Control與 Indicator，因?yàn)榇乇旧淼膶傩员仨毷瞧渲兄弧? 數(shù)字類型的前面板對(duì)象包含在控制模板 Numeric子模板中，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型分為變量和常量 兩種，在某種意義上， LabVIEW的數(shù)據(jù)也可以這么分， Numeric子模板中的前面板對(duì)象就相當(dāng)于傳統(tǒng)編程語言中的數(shù)字變量。另外，可以將 LabVIEW 中的可編程自動(dòng)控制器集成 于其他測控系統(tǒng)中，從而達(dá)到附加的測量和控制功能。測量和自動(dòng)化程序在處理和通用程序一樣的問題（如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法、文件 I/O、網(wǎng)絡(luò) I/O、用戶 I/O和數(shù)據(jù)庫存取、打印等）的同時(shí)，還要處理額外的問題（如物理I/O、實(shí)時(shí)性約束和硬件配置等）。 相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測控技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器將成為未來教學(xué)科研的重要方法和手段，將取代傳統(tǒng)一起成為測量儀器的主流。 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。 ⑵ .擴(kuò)展性強(qiáng) NI的軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當(dāng)前的技術(shù)中。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。則被測物厚度為：H=S/d。 ⑵．水浸法 如果被測物很薄，由于超聲波在靠近探頭的近場區(qū)除主波束外還有許多方向分散的副渡束，波束的干擾使得難于測量工件厚度。測 厚 領(lǐng)域的超聲波頻率 根據(jù)被測物不同而不同。 原理 [4][5] 超聲波 換能器 有發(fā)送器和接收器， 發(fā)射器利用壓電晶體的諧振帶動(dòng)周圍空氣振動(dòng)來工作的 .超聲波發(fā)射器在被測物上方發(fā)射超聲波，在發(fā)射波到達(dá)物體表面后會(huì) 有一