【正文】 對于γ射線測厚 儀 ，如果能夠有溫度補正，那么對于測量的精確度將有很大的提高。越來越多的網絡、工控、管理控制軟件都 將 實現(xiàn) 或 強化 此項功能。在框圖程序中，對于信號的濾波和放大，其實可以放在條件結構中，因為有些信號傳進數據采集卡就是標準的信號，沒有必要對其在次的進行濾波和放大。 而 PCI6221 數據采集卡則就是插放在 PCI 插槽內，連通了數據采 集卡與計算機，使得計算機可以讀取采集卡所采集的數據。系統(tǒng)硬件接口電路只起 到 數據采集的作用，數據的處理是在計算機上進行的，因此，對大量數據的采集處理，傳輸速度是一個很重要的參數。 當然，由于時間、實驗條件和設計者 自身 水平等關系，有些功能還不理想，設計還需要進一步改進。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） (3) 儀器 許多參數調整 沒有固化，根據自己的使用要求，用戶還可以自己 直接 通過前面板調整 所需功能，使得儀器設計更加開放。儀器在以下幾方面 將 有突破 ： (1) 硬件電路由 PCI6221 數據采集卡和計算機組成，相比目前國內 市場上現(xiàn)有的 透射式γ射線測厚 儀，成本大幅度下降。在硬件電路部分 達到了最初設計時提出的功能要求。這樣 ， 就可以根據數據流流動狀態(tài) ， 跟蹤程序的執(zhí)行。 運行快捷工具欄中的 “ 高亮執(zhí)行 ” 按鈕 ， 該圖標變成高亮形式 ， 再單擊 “ 運行 ” 按鈕 ， 程序就以較慢的速度運行。單擊該按鈕 ， 則將彈出錯誤清單窗口 ， 窗口列出錯誤的項目 ，然后單擊其中任何一個所列出的錯誤 ， 單擊 “ 顯示錯誤 ” 功能按鈕 ， 則出錯的對象或端口就會變成高亮。程序結構和邏輯錯誤是最常見的錯誤。 用數據采集卡接收了來自電流電離室并通過放大后的電壓信號，進行濾波和放大信號處理， 再通過標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行對比，超過上、下限合格值的給予報警，最后對測量的數據進行保存，以 便日后的讀取需要。 本章小結 以上是本 設計 的軟件設計部分。數據存儲就是把測得的各個厚 度值都保存起來，以便日后的查詢需要。 由于是測厚系統(tǒng)，對于管材的壁厚值有個合格值，所以在厚度值顯示后， 再 運用大于 、 小于對測量出來的厚度值與給定的上、下限合格值進行比較，如果超過給定的范圍，就報警顯示。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 (a) 顯示報警程序 圖 (b) 索引數組框圖程序 由圖可以看出，放大后的信號經過索引數組 （如圖 (b)所示） 后，把數組中的元素傳給公式 計算中，進行標度變換。本設計的顯示和報警框圖程序如下圖 (a)所示。以確定 For 循環(huán)中的循環(huán)次數。此過程 是用如下圖 (c)內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 所示的框圖程序實現(xiàn)的： 圖 (c) 動態(tài)數據轉換成數組框圖程序 放大 濾波后的信號 再 進行放大，并把放大后的信號進行波形顯示 ，以便檢測人員的觀察。把濾波后的信號 再進行波形圖顯示，與原始信號進行對比。 本設計的數據采集框圖程序如下圖 所示 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 數據采集程序 濾波 在信號傳輸過程中 ， 經常會混入高頻噪聲 ， 噪聲的能量甚至會超過信號的能量 ， 接收端收到信號后 ， 通常首先要進行濾波 ， 然后才能進一步對信號進行處理 。 基于 ? 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)軟件框圖程序 數據采集 數據采集程序是整個程序設計的至關重要的部分。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 (b) 數據查詢 的前面板 圖 (b)是數據查詢的前面板圖，當需要查詢某一時段的的數據時，只需要在檢索條件里輸入想要查詢的時間段 ，點擊查詢。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 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，本設計的 γ 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)前面板 有四個圖形顯示控件，分別是 原始信號波形圖、濾波后的信號波形圖、放大后的信號波形圖以及厚度曲線圖。 本設計中 軟件部分 擔負著 數據處 理 、 結果顯示 、 上下限報警、數據的存儲與讀取 等重要任務。為了以后能夠方便的讀取之前的測量結果，本設計采用數據庫對數據進行存儲。 (4) 虛擬儀器開放、靈活，可與計算機同步發(fā)展，與網絡及其它周邊設備互聯(lián)。例如可以同時測量電壓數值、波形以及對波形進行頻譜分析，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行復雜的連接才能完成。 (2) 虛擬儀器可以實現(xiàn)多任務操作。 虛擬儀器不需要大量的開關、連接線和按鍵，要改變功能只需通過軟件構成虛擬面板，由用戶自行定義儀表的用途以及控制、顯示方式。從虛擬儀器的組成和結構，可以看出虛擬儀器具有以下特點： (1) 可以由用戶定義測量功能。本設計使用圖形化編程語言 版本 。 開發(fā)虛擬儀器必須有合適的軟件工具，目前的虛擬儀器軟件開發(fā)工具有如下兩類：文本式編程語言如 Visual C++、 Visual BASIC、 LabWindows/CVI 等；圖形化編程語言如LabVIEW、 HPVEE 等。 (1) 應用程序 應用程序含兩個方面： 一方面是 實現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序； 另一方面是定義測試功能的流程圖軟件程序。而本設計采用的是 PCI6221 數據采集卡，故 采用的是 PCDAQ 系統(tǒng)。 串口系統(tǒng)：它是以 Serial 標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。 VXI 系統(tǒng)：它是以 VXI(VME eXtension For Instrumentation)標準總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用 PCI 或 ISA 計算機本身的總線，故將數據采集卡內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） (DAQ)插入計算機的空槽中即可。 目前常用的虛擬儀器硬件結構形式主要有以下幾種 ， 如圖 所示。從而擺 脫了基于文本編程語言的繁雜的變量命名，文本編輯與修改及復雜的程序調試過程，使非 計算機專業(yè)的測試技術或儀器的開發(fā)人員也可以開發(fā)出一流的測試系統(tǒng)或測量儀器。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 采用虛擬儀器技術構建測試儀器，開發(fā)效率高，可維護性強；測試精度、穩(wěn)定性和可靠性能夠得到充分保證；具有很高的性能價格比，節(jié)省投資，便于設備更新和功能轉換與擴充。 LabVIEW 也有完善的仿真、調試工具，如設置斷點、單步等。使用它進行原理研究、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。它盡可能利用了技術人員、科學家 、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此， LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。 圖形化的程序語言，又稱為 “ G” 語言。這是一個功能強大且靈活的軟件。LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 基于 ? 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的軟件設計 虛擬儀 器簡介 LabVIEW 是 美國國家儀器公司開發(fā)的圖形化編程語言，主要 應用于數據采集與控制、數據分析，以及數據表達等方面，它提供了一種全新的程序編寫方法，即對稱之為“ 虛擬儀器 ” （ Virtual Instruments 簡稱 VI） 的軟件對象進行圖形化的組合操作， 能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源碼級的設備驅動程序、多種多樣的分析和表達功能支持，為用戶快捷地構筑自己在實際生產中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎條件 。 再 通過微小電流放大電路，將從電流電離室出來的微弱電 壓 信號給予放大， 再 將 放大后 的電壓信號傳給 PCI6221數據采集卡。 本章小結 以上是 透射式 γ 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的硬件部分。 PCI 插槽是主板的主要擴展插槽，通過插接不同的擴展卡可以獲得目前電腦能實現(xiàn)的幾乎所有功能，是名副其實的 “ 萬用 ” 擴展插槽。其位寬為 32 位或 64 位，工作頻率為 33MHz,最大數據傳輸率為 133MB/sec(32 位 )和 266MB/sec(64 位 )。 PCI 總線也支持總線主控技術，允許智能設備在需要時取得總線控制權，以加速數據傳送。從結構上看， PCI 是在 CPU 和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調數據的傳送。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 PCI6221 數據采集卡的引腳圖 數據采集卡與計算機的通信 PCI 是 Peripheral Component Interconnect(外設部件互連標準 )的縮寫，是 Intel 公司1991 年推出的用于定義局部總線的標準。 PCI6221 數據采集卡的規(guī)格及其引腳圖 PCI 6221 是 NI 公司推出的 M 系列低價位多功能數據采集卡 ， 它 的主要規(guī)格是： 具有 2 路的模擬輸出 ， 16 路模擬輸入 ； 分辨率 為 16Bit； 采樣率 為 250 kS/s； AI、 AO 通道可承受的最大電壓 范圍是 10 伏到 10 伏。其他相關電路，如定時 /計數器、總線接口電路等，也集成在一塊電路板上，以完成對信號的采集、放大及模 /數轉換任務。隨著電子技術的發(fā)展，通常將采樣保持器同 A/D 轉換器集成在一塊芯片上。如果被測信號變化很慢，也可不用采樣保持器。在實際系統(tǒng)中，放大器的增益通常是可調的，設計者可根據輸入信號幅值的大小選擇不同的 增益倍數。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） PCI6221 數據采集卡的組成 數據采集卡主要由以下 四個部分組成： 1)多路開關 多路開關將多路信號輪流切換到放大器的輸入端，以實現(xiàn)多參數多路信號的分時采集。通常，必須在數據采集設備采集之前調制傳感器信號 ,包括對其進行增益或衰減和隔離等。 數據采集 (DAQ)，是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數字被測單元中自動采集或產生信息的過程。本 設計 選用的放大電路如下圖 所示： 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 信號 放大電路 其輸入與輸出的關系 如下式 所示 ： 2323401sRRRRRUUR???? () PCI6221 數據采集卡 數據采集卡的概述 在計算機廣泛應用的今天，數據采集的重要性是十分顯著的。 由于電離電流很小 ， 為了得到足夠的電壓降 ， RL 值應取得特別高 。 電流經常是很微弱的 ， 例如 ， 一個空氣電離室 ，設入射 α粒子能量為 MeV， n=43 .7104 個 /s， 如果 α粒子能量全部損失在電離室中 ，則電離電流為 109A。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 收集電極屏蔽外殼高壓電極輸出RL絕緣體 圖 電流電離室結構圖 電流電離室的結構如圖 所示 。上述各種結構的電離室分別稱之為平行板電離室、圓柱形電離室和球形電離室。中心由圓棒、圓筒或細絲形成另一個電極。 電離室的構造比較簡單，可以說就是兩個收集電荷的電極，并在電離室中充以一定壓力的氣體。溫度漂移及長期漂移是影響測量精度的主要因素。這種探測器的最大優(yōu)點是測量范圍寬、穩(wěn)定性好、壽命長。 其基本結構圖如下圖 所示： 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 137Cs放射源鉛壁不銹鋼管 圖 137Cs 放射源的基本結構圖 電流電離室 電離室有兩類：一類是，測量單個入射離子的稱為脈沖電離室，這在測厚儀表中很少應用。 常溫下為固態(tài)，毒性分組為中毒組。 137 Cs 放射源 137Cs 的半衰期為 30 年，衰變時主要發(fā)射平 均能量為 MeV 的 γ 輻射。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 基于 ? 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的硬件設計 硬件基本結 構 透射式 γ 射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的基本硬件方框圖如下圖 所示： 電流離室信號放大電路PCI621數據采集卡電源計算機顯示待測物137Cs放射源d 圖 透射式γ射線連續(xù)測厚系統(tǒng)的基本硬件方框圖 放射源選擇 137Cs，探測器選用電流電離室，數據采集卡使用 PCI6221 型數據采集卡 。然而 γ 射線在通過物質時，只是強度逐漸減弱，沒有與物質發(fā)生過相互作用的 γ 光子穿過吸收層時其能量保持不變，因此沒有射程的概念。徑跡探測器配以適當的 磁場 ，可根據徑跡的長短、粗細、彎曲的方向和彎曲的 曲率 半徑推測出粒子的 電荷 、質量和能量。有云室、氣泡室、流光室、火花室、多絲正比室、 核乳膠 等。 定標電路是一種將 脈沖 計數進制的電路，通過計數器與定標電路的聯(lián)用，可對粒子快速計數 ；符合電路是將兩個或兩個以上的計數管同電子線路配合而成，它可以專門只記錄那些使計數管協(xié)同動作的粒子，而對于只使一個計數管動作的粒子不作反應，從而記錄所需尋找的 粒子。一般要求計數器具有一定的時間 分辨率 ，即先后兩個粒子射入計數器可分辨的時間。有 電離 室