光纤式板材测厚仪的设计

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1、目录0前言01总体方案设计02硬件电路设计12.1光纤传感器12.2单片机最小工作系统22.3A/D转换电路32.4报警电路42.5键盘电路53软件设计63.1A/D转换子程序设计73.2数据处理子程序设计73.3键盘子程序设计83.4报警子程序设计83.5显示子程序设计94调试分析105结论及进一步设想11参考文献11课设体会12附录1电路原理图13附录Ⅱ程序14沈阳航空航天大学课程设计论文光纤式板材测厚仪的设计光纤式板材测厚仪的设计摘要:本设计是基于光纤传感器测量厚度的设计。光纤传感器,具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、几何形

2、状适用性强、可用于高压、高温、腐蚀恶劣环境等特点。此种传感器在速度、压力、温度、板材厚度测量及材质鉴别中应用广泛。光纤传感器有玻璃光纤、塑料光纤、阶跃型光纤、梯度型光纤、单模光纤和多模光纤几种类型，其中单模塑料阶跃型适于测量较薄的金属镀层或板材的厚度。关键词：89C51单片机，光纤传感器，测量厚度0前言光纤是光导纤维的简称。实用光纤是一种三层介质的对称圆柱体，它是由纤芯、包层和保护层三层结构组成。内外分三层，折射率分别为：n1，n2，n3。光纤传感器是光电传感器的一种，它是利用被测量对光纤内传输的光波进行调制，使光波的一些参数，

3、如强度、频率、波长、相位、偏振态等特性产生变化的原理进行工作的。光纤传感器通常由光源、光调制器、光探测器、信号处理系统和光纤组成。在金属板材、带材的轧制过程中成品的厚度是最重要的物理指标之一。目前国内的钢铁和有色金属行业多采用非接触式的测厚系统，如射线式、电容式等等其中，射线测厚系统有一定的应用，但其存在着射线管的老化和易损问题，高压发生器的准确度和稳定性以及整套设备造价过于昂贵等。而电容式测厚系统则受引线电容，寄生电容的干扰较大，不易消除。以单片机系统为核心，利用光纤式传感器对钢板厚度进行在线检测，通过实时数据采集，由单片机进

4、行数据处理分析并通过LED进行显示的方法更精确实用。1总体方案设计针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次设计用光纤传感器进行厚度测量，将测得的厚度变化转换为电信号，通过A/D转换，转换为能供单片机直接识别的数字信号。单片机将得到的信号进行处理，如果满足测量范围，正常输出信号，通过LED显示。如果不满足，则通过发光二极管显示来表示具体情况。该光纤测厚度的设计，总体上大致可分为一下几个部分组成：光纤检测部分，A/D转化部分，单片机处理部分，LED显示部分,键盘输入部分，不同颜色二极管发光报警部分。本设计通过单片机对A/D转换、LE

5、D18沈阳航空航天大学课程设计论文光纤式板材测厚仪的设计显示、键盘、报警等电路控制将由光纤传感器测得的电信号转化为厚度量进行显示，以达到测量厚度的目的。系统原理框图如图1所示。数码管显示光纤传感器测量系统单片机系统XITONG机A/D转换电路二极管发光报警超量程图1系统原理框图整个电路的工作原理是利用光纤传感器对信号进行实时采集，并通过ADC0804芯片加以晶振电路和复位电路作为A/D转换电路，A/D转换电路把光纤传感器采集到的光信号转化为电压信号传输给单片机系统，单片机系统通过对电压信号进行处理并将信号传输给LED显示电路和声

6、光报警电路进行数据的显示和超上下限报警的功能。2硬件电路设计2.1光纤传感器如图2所示，被测体与光纤探头的距离X不同，光敏元件所接收到的反射光强度大小就不同，输出电压U就不同。根据所测厚度范围的不同，选择测量区间在0～Xm或是Xm～Xp。在0～Xm区间中，线性较好，测量时准确度灵敏度都较高，在Xm～Xp区间中，线性较差，测量时可能存在误差，可以根据测量的实际情况确定测量范围的区间。图2输出电压与厚度关系图图3为测厚传感器的工作原理图，选取特性良好的光纤探头，使它的端面平行相对测量台，相距为D。设光纤探头的测量范围为E18沈阳航空

7、航天大学课程设计论文光纤式板材测厚仪的设计，待测物厚度为d，则在测量过程中，待测物由于各种原因可能产生抖动，但并不影响测量的结果。设探头接收的反射光强为I，所对应的反射面到探头的距离为x，则d=D-x测量前应对探头进行定标，给出如图2所示的关系曲线，合理设置探头的工作点，使得x处在探头的测量范围内。根据实际测量情况选取曲线前沿或后沿并选取适当的放大电路，就可以对板材等进行厚度测量，数据的采集和处理可用单片机完成，这样就组成了测厚传感器。图3光纤测厚传感器工作原理图2.2单片机最小工作系统89C51系列单片机的复位电路的极性电容C

8、1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10～30uF，单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。89C52单片机最小系统晶振X1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片