【導(dǎo)讀】射線管材壁厚連續(xù)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于管材的局部嚴(yán)重減薄會(huì)對(duì)管道的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，所以在管材的使用過程中，作為同位素儀表的一個(gè)分支，γ射線測厚儀在工業(yè)測。量中也越來越多地發(fā)揮重要作用。γ射線測厚儀由γ放射源、探測器、信號(hào)處理電路這。本設(shè)計(jì)是對(duì)管材的壁厚進(jìn)行連續(xù)檢測，其中采用虛擬儀器對(duì)γ射線測厚儀進(jìn)行控制，取代了傳統(tǒng)的單片機(jī)控制。由于電流電離室出來的信號(hào)很微弱，需要運(yùn)用信號(hào)放大電路對(duì)其進(jìn)行放大后送給。主要考慮信號(hào)的濾波和放大，接著再進(jìn)行標(biāo)度變換，最后的管材壁厚值分別用波形。圖和具體數(shù)值顯示。

　　

【正文】 面的虛擬儀器面板，提供對(duì)測量數(shù)據(jù)的分析和顯示，形成既有普通儀器的功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能 的高檔低價(jià)的新型儀器。從虛擬儀器的組成和結(jié)構(gòu)，可以看出虛擬儀器具有以下特點(diǎn)： (1) 可以由用戶定義測量功能。虛擬儀器是一種軟件化的測量裝置，用戶可以通過軟件定義一臺(tái)虛擬儀器和虛擬面板，然后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，計(jì)算機(jī)就像一臺(tái)萬用的儀器一樣，只要改變軟件就可以改變它的功能。 虛擬儀器不需要大量的開關(guān)、連接線和按鍵，要改變功能只需通過軟件構(gòu)成虛擬面板，由用戶自行定義儀表的用途以及控制、顯示方式?？梢哉f虛擬儀器完全是一種由用戶自己組裝，自己選擇功能的一種儀器。 (2) 虛擬儀器可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)操作。虛擬儀器一般運(yùn)行 于 Windows 環(huán)境，因此可以同時(shí)啟動(dòng)多個(gè)對(duì)象，組成一個(gè)測量系統(tǒng)。例如可以同時(shí)測量電壓數(shù)值、波形以及對(duì)波形進(jìn)行頻譜分析，而且建立系統(tǒng)速度快，無 需 像傳統(tǒng)儀表那樣，要組成一個(gè)測量系統(tǒng)，不但需要許多專用儀器，而且需要將這些專用儀器進(jìn)行復(fù)雜的連接才能完成。 (3) 虛擬儀器的研究周期比傳統(tǒng)儀器大為縮短。 (4) 虛擬儀器開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)。 基于 ? 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的軟件 框 圖 本設(shè)計(jì)的軟件 框 圖如下圖 所示： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 數(shù) 據(jù) 采 集濾 波放 大標(biāo) 度 變 換顯 示 報(bào) 警數(shù) 據(jù) 保 存 數(shù) 據(jù) 讀 取開 始 圖 基于γ射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的軟件框 圖 首先是由數(shù)據(jù)采集卡采集信號(hào)， 接著將信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理，再將處理后的信號(hào)進(jìn)行標(biāo)度變換，標(biāo)度變換后用波形圖和數(shù)值兩種形式顯示，如果最后的厚度值沒有在上 、下限范圍之內(nèi)，則報(bào)警提示。為了以后能夠方便的讀取之前的測量結(jié)果，本設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。 基于 ? 射線連續(xù)測厚系統(tǒng) 的 前面板 設(shè)計(jì) γ 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的 基本結(jié)構(gòu)分兩部分：一部分是硬件部分，一部分是軟件部分。 本設(shè)計(jì)中 軟件部分 擔(dān)負(fù)著 數(shù)據(jù)處 理 、 結(jié)果顯示 、 上下限報(bào)警、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與讀取 等重要任務(wù)。軟件設(shè)計(jì)用 實(shí)現(xiàn)， 其 程序 前面板 如圖 (a)和 (b)所示，其 總框圖 程序 如附錄所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 (a) γ射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的前面板 由圖 (a)可以看出，本設(shè)計(jì)的 γ 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)前面板 有四個(gè)圖形顯示控件，分別是 原始信號(hào)波形圖、濾波后的信號(hào)波形圖、放大后的信號(hào)波形圖以及厚度曲線圖。這四個(gè)信號(hào)波形顯示圖，分別顯示著信號(hào)在各個(gè)時(shí)刻的情況，有利于檢測人員對(duì)各個(gè)時(shí)刻的信號(hào)進(jìn)行分析處理。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 (b) 數(shù)據(jù)查詢 的前面板 圖 (b)是數(shù)據(jù)查詢的前面板圖，當(dāng)需要查詢某一時(shí)段的的數(shù)據(jù)時(shí)，只需要在檢索條件里輸入想要查詢的時(shí)間段 ，點(diǎn)擊查詢。在表格中就會(huì)出現(xiàn)按時(shí)間先后順序排列的數(shù)據(jù)。 基于 ? 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)軟件框圖程序 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集程序是整個(gè)程序設(shè)計(jì)的至關(guān)重要的部分。只有信號(hào)被采集了，才能夠進(jìn)行接下去的各個(gè)信號(hào)處理部分。 本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集框圖程序如下圖 所示 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 數(shù)據(jù)采集程序 濾波 在信號(hào)傳輸過程中 ， 經(jīng)常會(huì)混入高頻噪聲 ， 噪聲的能量甚至?xí)^信號(hào)的能量 ， 接收端收到信號(hào)后 ， 通常首先要進(jìn)行濾波 ， 然后才能進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理 。本設(shè)計(jì)采用的濾波器如下圖 (a)所示： 圖 (a) 帶通濾波器說明圖 本設(shè)計(jì) 對(duì)信號(hào)的濾波處理程序如下圖 (b)所示： 圖 (b) 信號(hào)濾波處理程序 本設(shè)計(jì)在帶通濾波器的高截止頻率和低截止頻率分別引出一個(gè)輸入控件以便在前面板的操作中，能夠方便快捷的對(duì)高截止頻率和低截止頻 率進(jìn)行調(diào)整。把濾波后的信號(hào) 再進(jìn)行波形圖顯示，與原始信號(hào)進(jìn)行對(duì)比。 濾波后，把信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)組的形式， 再 將信號(hào)傳給放大器 。此過程 是用如下圖 (c)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 所示的框圖程序?qū)崿F(xiàn)的： 圖 (c) 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)組框圖程序 放大 濾波后的信號(hào) 再 進(jìn)行放大，并把放大后的信號(hào)進(jìn)行波形顯示 ，以便檢測人員的觀察。本設(shè)計(jì)的信號(hào)放大程序如下圖 (a)所示： 圖 (a) 信號(hào)放大程序 放大后的信號(hào)， 運(yùn)用如下圖 (b)所示的數(shù)據(jù)大小 計(jì)算器，來運(yùn)算出整個(gè)數(shù)組里包含多少個(gè)元素， 再 把得出來的數(shù)據(jù)傳給顯示及報(bào)警程序中的 For 循環(huán)中。以確定 For 循環(huán)中的循環(huán)次數(shù)。 圖 (b) 數(shù)組中元素個(gè)數(shù)計(jì)算器 顯示 及報(bào)警 當(dāng)信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡采集后， 再 通過信號(hào)的濾波和放大處理，最后 再 進(jìn)行顯示和報(bào)警，一個(gè)簡單的γ射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的框圖程序就完成了。本設(shè)計(jì)的顯示和報(bào)警框圖程序如下圖 (a)所示。由于是連續(xù)的測厚，需要連續(xù)的顯示，所以將顯示和報(bào)警的框圖程序放在一個(gè) For 循環(huán)當(dāng)中，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)顯示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 (a) 顯示報(bào)警程序 圖 (b) 索引數(shù)組框圖程序 由圖可以看出，放大后的信號(hào)經(jīng)過索引數(shù)組 （如圖 (b)所示） 后，把數(shù)組中的元素傳給公式 計(jì)算中，進(jìn)行標(biāo)度變換。通過標(biāo)度變換，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成具體的厚度值顯示。 由于是測厚系統(tǒng)，對(duì)于管材的壁厚值有個(gè)合格值，所以在厚度值顯示后， 再 運(yùn)用大于 、 小于對(duì)測量出來的厚度值與給定的上、下限合格值進(jìn)行比較，如果超過給定的范圍，就報(bào)警顯示。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 在運(yùn)行程序時(shí)，點(diǎn)擊前面 板的開始檢測后，就可以選擇點(diǎn)擊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)就是把測得的各個(gè)厚 度值都保存起來，以便日后的查詢需要。本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框圖程序如下圖 所示 ： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序 數(shù)據(jù)讀取 本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)讀取 的 框圖程序如下圖 所示： 圖 數(shù) 據(jù)讀取程序 當(dāng)需要讀取某一時(shí)刻的厚度值時(shí)，只需要在前面板的 查詢結(jié)果中輸入所要查詢的時(shí)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 間段，在點(diǎn)擊查詢，即可以得到該時(shí)間段所保存的數(shù)據(jù)。 本章小結(jié) 以上是本 設(shè)計(jì) 的軟件設(shè)計(jì)部分。綜合上述的情況，可以看出本 設(shè)計(jì) 運(yùn)用 LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的采集及處理、具體厚度值的顯示 及 報(bào)警和數(shù)據(jù)的保存與讀取。 用數(shù)據(jù)采集卡接收了來自電流電離室并通過放大后的電壓信號(hào)，進(jìn)行濾波和放大信號(hào)處理， 再通過標(biāo)度變化顯示出具體的厚度值，并給定上、下限合格值，與顯示出的厚度值進(jìn)行對(duì)比，超過上、下限合格值的給予報(bào)警，最后對(duì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以 便日后的讀取需要。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第五章 調(diào)試與總結(jié) 調(diào)試 LabVIEW 的程序錯(cuò)誤大致可以分為硬件連接錯(cuò)誤、 I/O 接口錯(cuò)誤、程序結(jié)構(gòu)和邏輯錯(cuò)誤。程序結(jié)構(gòu)和邏輯錯(cuò)誤是最常見的錯(cuò)誤。 如果存在語法錯(cuò)誤 ， 則當(dāng)啟動(dòng)快捷工具欄的 “ 運(yùn)行 ” 按鈕時(shí) ， 該按鈕變成一個(gè)折斷的箭頭 ， 程序不能被執(zhí)行。單擊該按鈕 ， 則將彈出錯(cuò)誤清單窗口 ， 窗口列出錯(cuò)誤的項(xiàng)目 ，然后單擊其中任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤 ， 單擊 “ 顯示錯(cuò)誤 ” 功能按鈕 ， 則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。在 “ 詳細(xì)信息 ” 欄里有詳細(xì)的錯(cuò)誤原因 ， 也可以單擊 “ 幫助 ” 功能按鈕打開幫助窗口 ， 窗口中詳細(xì)說明了出錯(cuò)原因以及解決辦 法。 運(yùn)行快捷工具欄中的 “ 高亮執(zhí)行 ” 按鈕 ， 該圖標(biāo)變成高亮形式 ， 再單擊 “ 運(yùn)行 ” 按鈕 ， 程序就以較慢的速度運(yùn)行。 在 沒有被執(zhí)行的代碼 將 呈灰色顯示 ， 執(zhí)行后的代碼呈高亮顯示 ， 并顯示數(shù)據(jù)流上的數(shù)據(jù)值。這樣 ， 就可以根據(jù)數(shù)據(jù)流流動(dòng)狀態(tài) ， 跟蹤程序的執(zhí)行。 總結(jié)與展望 總結(jié) 本設(shè)計(jì)課題是就目前在管材的生產(chǎn) 和使用 過程中，需要運(yùn)用到無損檢測技術(shù)來測量厚度而提出來的 。在硬件電路部分 達(dá)到了最初設(shè)計(jì)時(shí)提出的功能要求。 測量 精度也達(dá)到了預(yù)定要求。儀器在以下幾方面 將 有突破 ： (1) 硬件電路由 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成，相比目前國內(nèi) 市場上現(xiàn)有的 透射式γ射線測厚 儀，成本大幅度下降。 (2) 操作界面圖形化顯示，不需要手動(dòng)操作儀器各個(gè)旋扭，使操作簡單方便。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） (3) 儀器 許多參數(shù)調(diào)整 沒有固化，根據(jù)自己的使用要求，用戶還可以自己 直接 通過前面板調(diào)整 所需功能，使得儀器設(shè)計(jì)更加開放。 (4) 系統(tǒng)可方便的利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，擴(kuò)展儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。 當(dāng)然，由于時(shí)間、實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)計(jì)者 自身 水平等關(guān)系，有些功能還不理想，設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步改進(jìn)。 就硬件而言，為了進(jìn)一步提高測量精度，實(shí)現(xiàn)更完善的 測厚 功能，系統(tǒng)會(huì)對(duì)硬件提出更高的要求，系統(tǒng)硬件的提高 主要 是 控制核心速度的提高，在以后進(jìn)一步的研究中，可以采用速度更快， I/O 功能更多的芯片。系統(tǒng)硬件接口電路只起 到 數(shù)據(jù)采集的作用，數(shù)據(jù)的處理是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的，因此，對(duì)大量數(shù)據(jù)的采集處理，傳輸速度是一個(gè)很重要的參數(shù)。 PCI 插槽是基于 PCI(Peripheral Component Interconnect)局部總線 而設(shè)計(jì)的 擴(kuò)展插槽，其位寬為 32 位或 64 位，工作頻率為 33MHz， 最大數(shù)據(jù)傳輸率為 133MB/sec(32位 )和 266MB/sec(64 位 )。 而 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡則就是插放在 PCI 插槽內(nèi)，連通了數(shù)據(jù)采 集卡與計(jì)算機(jī)，使得計(jì)算機(jī)可以讀取采集卡所采集的數(shù)據(jù)。 在軟件方面，界面的設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步的改進(jìn)，使得 前面板 更加美觀同時(shí)使用 更 方便。在框圖程序中，對(duì)于信號(hào)的濾波和放大，其實(shí)可以放在條件結(jié)構(gòu)中，因?yàn)橛行┬盘?hào)傳進(jìn)數(shù)據(jù)采集卡就是標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，沒有必要對(duì)其在次的進(jìn)行濾波和放大。 展望 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，遠(yuǎn)程控制作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也越來越受到重視。越來越多的網(wǎng)絡(luò)、工控、管理控制軟件都 將 實(shí)現(xiàn) 或 強(qiáng)化 此項(xiàng)功能。在 利用無損檢測技術(shù)測量厚度 方面，引入虛擬儀器 技術(shù) ，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控也很容易實(shí) 現(xiàn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的引入無疑將成為 γ射線測厚 儀一個(gè)亮點(diǎn)被大量的開發(fā)和應(yīng)用。 對(duì)于γ射線測厚 儀 ，如果能夠有溫度補(bǔ)正，那么對(duì)于測量的精確度將有很大的提高。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 參考文獻(xiàn) 1. 張俊哲 . 無 損檢測技術(shù)及其應(yīng)用 [M],北京 :科學(xué)出版社 , 1993. 2. 耿榮生 . 新千年的無損檢測技術(shù) [J],無損檢測 , 20xx 年第 23 卷第 1 期 . 3. 鄭世才 . 射線檢測 [M],北京 :北京大學(xué)出版社 , 1987. 4. 王其俊 . 同位素儀表 [M],北京：原子能出版社 ,1984. 5. 劉君華 . 檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D],西安交通大學(xué) 出版社 ,1998. 6. 徐莉 . 我國射線檢測技術(shù)的發(fā)展 [J],無損檢測， 20xx,第 10 期 . 7. 李家偉 . 無損檢測手冊(cè) [M]，機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx. 8. 江晶 . 薄膜 X 射線測厚儀的設(shè)計(jì)和軟件開發(fā) [D]，北京化工大學(xué)， . 9. 田世鋒 . 幾種測厚儀器的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用 [J],中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ， 20xx,34(2). 10. 岳臨平 . γ 射線測厚儀控制系統(tǒng)在中厚板軋制中的應(yīng)用 [J]， 無損檢測， 20xx,第 14期 . 11. 高福兵 . 基于 NiosII 的 γ 射線厚度測量儀表的研究與設(shè)計(jì) [D]， 重慶自動(dòng)化學(xué)院，. 12. 劉以思等 . γ測厚儀的設(shè)計(jì) [J],核電子學(xué)和探測技術(shù) ,1996,16(1):pp28. 13. 楊化中 ,姚澤恩 ,賈文寶等 . 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