基于超声波传感器的钢板厚度测量装置的设计

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1、基于超声波传感器的钢板厚度测量装置的设计1综述1.1背景随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被广泛应用于多个领域。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、CCD探测、雷达测距、激光测距等。近十年来，科研人员在超声波回波信号处理方法、新型超声波换能器研发、超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析与研究，并针对超声测距的常见影响因素提出温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。基于超声波传感器的测厚技术发展迅速。1.2国内外发展现状随着计算机技术和高速元器件的不断涌现，使超声波信号的数字化采集和分析逐渐成为可能。随着现代电子技术

2、的快速发展，微机技术特别是单片机技术得到了广泛传播和使用，采用单片机设计的测厚仪相对老式的纯硬件结构，不仅在电气性能和物理性能上有了很大的提高，而且可以使测厚系统的声速设定和厚度设定等操作实现智能化，数字化超声波测厚仪在世界主要的工业国家得到迅速的发展，他们的超声波测厚仪产品中的数据采集、检测、分析和处理技术在世界上处于领先的水平。相对于国外的超声波测厚技术，我国起步要晚一些，但随着工业需求的增加，测厚技术得到了飞速的发展，国内的主要研究内容包括:高精度探头的研发单片机、DSP的应用使测厚仪的体积小型化、对回波信号的超声波数字信号处理技术、扩展功能的开发和研制、友好界面的

3、操作系统。近年来国内问世了很多超声波测量系统的产品，在精度和功能上已经逐渐与国外公司的产品相接轨。1.3研究意义随着对现代工业中安全生产日益重视，新的检测思想的采用，以及对设备检测的规定日益完善，传统的检测方法和设备已不足己完成任务，同时当前多数的超声波测厚系统使用段式数码管或采用段式液晶显示，信息显示量有限、显示方式固定，且没有通信功能，设定数据的读取繁琐和不直观。在钢材冶炼工业，钢板厚度是一个非常重要的被测量，通常采用传感器对厚度进行在线自动化测量。通常传感器的输出信号输出给单片机系统进行处理，然后用显示设备显示出当前的厚度。本课题拟用超声波传感器进行厚度测量，然后进

4、行利用MCS-51单片机进行数据处理并采用数码管显示出测量结果。此类测厚仪能实现对一些精密产品的非接触精确检测。此测量装置具有体积小、携带方便、显示信息量丰富、可以与PC机相连以传输测厚数据方便比较和分析等优点。2研究内容及具体方案基于超声波传感器的厚度测量系统的设计包含硬件设计和软件设计两部分。在硬件设计环节，主要研究利用超声波传感器进行钢板厚度测量的原理，信号的模数转换电路以及单片机外围电路的硬件设计。在软件设计环节，首先要研究的内容是超声波传感器的输出电压与输入位移的函数关系建立数学模型，在此基础上，利用汇编语言设计信号处理程序，并给出分析结果。要求测量范围为80-

5、1000mm，分辨率为1mm,精度为±3%。3课题研究过程中的重点及难点虽然超声波测厚的原理相对简单，但是具体实现比较复杂，超声波测厚仪按照功能模块可以分为超声波发射电路、超声波接收电路、单片机控制电路、计数器电路、显示电路、键盘电路、电源电路等多个部分，每个模块既要实现其功能又要与其余模块实现数据的传输。在设计电路中，微小的元器件的差别可能对实验结果产生重要的影响。对此课题，我已查阅相关资料并学习相关知识及软件，并针对此课题学习涉及到的其他的专业知识。包括对传感器原理的了解、各种功能电路的设计的学习、80c51单片机的应用的学习。这些知识的学习对于此课题的研究与涉及还远

6、远不够，所以此课题设计的其他知识的学习及对此课题的深入研究还将后续展开。4本课题的工作方案及进度计划该题目在校内完成设计，时间为2013年2月25日到2013年6月14日。进度安排如下：1-4周：方案论证，完成开题报告，进行开题答辩。5-8周：设计电路原理图，焊接实验板，编制程序。完成中期报告和外文翻译，准备中期答辩。9-15周：调试。16周：书写论文，准备毕业答辩。