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基于单片机的便携式超声波测厚仪的研制

作　者: 王占元
导　师: 高金吉
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 超声波检测可编程测厚仪 RBI
分类号: TH821.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 302次
引　用: 4次
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内容摘要

石油化工行业中设备和管线在运行时会因为各种原因发生腐蚀,腐蚀严重甚至会引起爆炸、着火及人身伤亡事故,因而需要对设备进行定期的检测、监测和分析。厚度数值是反映其腐蚀和安全情况的一个极其重要的指标。定期进行大范围全面厚度检测已经成为工厂日常安全检查的重要内容之一。课题研制了一种基于单片机的便携式超声波测厚仪,具有体积小、操作方便等优点,实现了精确测量及自动补偿,而且还具有可编程功能,可以存储大量的信息,能够满足工厂日常检测的要求。本论文主要从以下四个方面开展研究：首先,论文介绍了各种测厚技术以及超声波测厚技术的发展,对超声波的各种应用做了简单的概述,分析所采用的超声波脉冲回波法的原理,同时介绍了测厚仪的超声波探头和耦合剂,并结合设计所需要实现的功能给出超声波测厚仪的系统结构。本论文重点分析了超声波测厚仪的硬件设计和软件设计。其中硬件按照模块化设计分为单片机控制模块、超声波发射模块、超声波接收模块、计数器模块、人机交互模块和电源模块,详细介绍了每个模块具体的硬件设计和构造。软件部分主要使用C开发,包括主程序软件设计、计数器单元、液晶显示单元和键盘单元。然后,采用所研制的超声波测厚仪对七种不同厚度的钢体试块做了测厚实验,并结合实验数据分析了误差产生的原因。最后,结合RBI技术和测厚的标准与规范,对中国石油辽阳石化分公司炼油厂的350万吨/年常减压装置进行了装置测厚应用,并分析了腐蚀的产生和防护措施。论文还指出了需要改进的地方,为后续的研究给出相应的建议。

全文目录

学位论文数据集  3-4
摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-20
  1.1 课题研究的背景和意义  14-17
    1.1.1 测厚技术  14-16
    1.1.2 超声波测厚技术的发展  16-17
    1.1.3 课题的意义  17
  1.2 本测厚仪的特点  17-18
  1.3 研究中遇到的难点和问题  18
  1.4 本课题的结构安排  18-20
第二章超声波测厚的基本原理  20-34
  2.1 超声波的介绍  20-22
    2.1.1 超声波的概念和特点  20
    2.1.2 超声波的应用  20-22
  2.2 超声波测厚的原理  22-25
  2.3 超声波探头  25-28
    2.3.1 超声波探头的种类和功能  25-26
    2.3.2 超声波探头的组成  26-27
    2.3.3 超声波探头的工作原理  27-28
  2.4 超声波耦合剂的选择  28-29
  2.5 超声波测厚仪的性能设计  29-32
    2.5.1 系统的设计性能参数  29-30
    2.5.2 基本功能设计  30-32
  2.6 本章小结  32-34
第三章超声波测厚系统的硬件设计  34-58
  3.1 硬件电路的总体设计  34-35
  3.2 单片机控制模块  35-41
    3.2.1 ATMEGA128单片机  35-38
    3.2.2 串口通信电路  38-39
    3.2.3 晶振电路  39-40
    3.2.4 时钟电路  40-41
  3.3 超声波发射模块  41-42
  3.4 超声波接收模块  42-46
    3.4.1 回波信号放大电路  42-43
    3.4.2 中周调频电路  43-44
    3.4.3 波形调制电路  44-46
  3.5 计数器模块  46-48
    3.5.1 分频计数电路  46-48
    3.5.2 超声波测厚仪的测量范围  48
  3.6 人机交互模块  48-53
    3.6.1 液晶显示模块  48-51
    3.6.2 键盘电路  51-53
  3.7 电源模块  53-56
    3.7.1 外部电源切换电路  53-54
    3.7.2 充电电路  54-55
    3.7.3 3.3V电源电路  55-56
  3.8 硬件抗干扰  56
  3.9 本章小结  56-58
第四章超声波测厚系统的软件设计  58-66
  4.1 主程序软件设计  58-60
  4.2 计数器单元  60-61
  4.3 液晶显示单元  61-63
  4.4 键盘单元  63
  4.5 本章小结  63-66
第五章厚度测量实验研究  66-74
  5.1 超声波测厚仪的实现  66-67
  5.2 测试分析  67-71
  5.3 误差分析  71-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章测厚仪的应用分析  74-82
  6.1 RBI技术  75
  6.2 测厚的标准  75-78
    6.2.1 一般规定  75
    6.2.2 定点测厚管理  75-76
    6.2.3 定点测厚布点原则  76-77
    6.2.4 测厚频率的确定  77-78
  6.3 应用背景  78
  6.4 多点测厚应用  78-80
  6.5 本章小结  80-82
第七章结论和展望  82-84
  7.1 研究所得到的成果  82
  7.2 后续应当开展的工作  82-84
参考文献  84-86
致谢  86-88
研究成果及发表的学术论文  88-90
导师和作者简介  90-92
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  92-93

基于单片机的便携式超声波测厚仪的研制

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