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基于超声波的厚钢管焊速检测系统设计

作 者: 彭晓宇
导 师: 闫卫平
学 校: 大连理工大学
专 业: 电路与系统
关键词: 超声波 矩形窄缝 深度测量 回波识别
分类号: TP274.53
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 35次
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内容摘要


窄缝深度测量在工业生产和实际生活中应用广泛,测量方法主要采用机械或传统的超声测距方式,自动化程度低,无法满足深度变化窄缝的实时测量需求。本文针对大直径厚钢管焊接速度的实时检测问题,开展了基于超声波的窄缝深度变化检测系统设计。通过分析超声波的波束扩散和传播特性,提出了基于超声波的矩形窄缝深度测量原理,利用窄缝上下表面超声回波的时间差,实现窄缝深度变化的实时测量。本文设计了基于MSP430单片机为控制核心的硬件电路,选择40kHz收发分体型超声波传感器完成超声波的发送与接收,利用信号调理电路实现窄缝上下表面回波脉冲信号的精确识别。单片机程序中使用定时器捕获识别脉冲,并能计算出窄缝深度。为了提高测量精度,设计了测温电路,对超声波传播速度随温度的变化进行了校正。利用Visual C++设计了窄缝深度和焊接速度的上位机实时显示界面,并可根据需要设置不同焊接速度的报警限。通过对不同缝深和缝宽的窄缝测量,证明本文设计的系统可实时测量矩形窄缝的深度变化,并通过换算给出大直径厚钢管的焊接速度,测量误差小于1cm。该系统具有非接触、方便、快速、低成本的特点。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 论文研究的背景和意义  8
  1.2 深度测量的国内外研究现状  8-11
  1.3 超声波测距的国内外研究现状  11-14
  1.4 论文研究内容  14-15
2 超声波窄缝深度测量基本原理  15-25
  2.1 超声波物理特性  15-17
    2.1.1 超声波传输特性  15-17
    2.1.2 超声波衰减  17
    2.1.3 超声波在空气中传播速度  17
  2.2 超声波传感器  17-19
  2.3 超声测距原理  19-22
  2.4 基于超声波的窄缝深度测量原理  22-25
3 测试系统硬件电路设计  25-46
  3.1 系统总体结构  25-26
  3.2 MSP430F149简介  26-28
  3.3 超声检测触发模块  28-31
  3.4 超声波发射电路  31-35
  3.5 回波接收与检测电路  35-42
    3.5.1 前置放大电路  35-36
    3.5.2 带通滤波电路  36-38
    3.5.3 次级放大电路  38-39
    3.5.4 包络检波电路  39-40
    3.5.5 微分放大与整形电路  40-42
  3.6 温度检测电路  42-43
  3.7 电源电路  43-44
  3.8 串行通信接口电路  44-46
4 系统软件设计  46-61
  4.1 MSP430软件设计  46-58
    4.1.1 软件开发环境简介  46-47
    4.1.2 主程序设计  47-51
    4.1.3 窄缝深度测量程序  51-54
    4.1.4 超声检测触发子程序  54
    4.1.5 温度测量程序  54-57
    4.1.6 串行通信程序  57-58
  4.2 PC机软件设计  58-61
5 实验结果及其分析  61-68
  5.1 实验条件  61-62
  5.2 实验结果及其分析  62-67
  5.3 误差分析  67-68
结论  68-69
参考文献  69-72
附录A 硬件系统原理图  72-73
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  73-74
致谢  74-76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 采用各种新技术的自动检测系统 > 超声波检测及其设备
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