畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于虛擬儀器的超聲波測(cè)厚儀的設(shè)計(jì)

1、北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 論文題目: 基于虛擬儀器的超聲波測(cè)厚儀的設(shè)計(jì) 院(部)名 稱: 電氣信息工程學(xué)院 學(xué) 生 姓 名: 專 業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師姓名: 論文提交時(shí)間: 2010年5月21日 論文答辯時(shí)間: 2010 年5月28日 學(xué)位授予時(shí)間: 北方民族大學(xué)教務(wù)處制摘 要由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于長(zhǎng)度的測(cè)量，如測(cè)厚儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)厚儀，可以對(duì)各種板材和加工零件作精確測(cè)量，也可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)它們?cè)谑褂眠^(guò)程中受腐蝕后的減薄程度。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、

2、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用以 labview 為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)厚儀的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用超聲波壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)了超聲波的發(fā)射與接收和聲信號(hào)和電信號(hào)的轉(zhuǎn)變；應(yīng)用 labview 軟件技術(shù)完成對(duì)探頭接收的信號(hào)的處理，實(shí)現(xiàn)了超聲波測(cè)厚儀的功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，這套系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性良好，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)，可以有效地解決各種板材和加工零件精確測(cè)量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控問題。關(guān)鍵詞：超聲波，測(cè)厚，labview abstractas the ul

3、trasonic has strong directional, so its energy consumption is slow, and can spread long distance in the medium, therefore it often used in ultrasonic length measurement, such as thickness and material level measuring instrument can be achieved by ultrasound. ultrasonic thickness gauge can be a varie

4、ty of plates and processing components for accurate measurement of the production equipment also can be a variety of pipes and pressure vessels, monitoring their use after the process of thinning the extent of corrosion. using ultrasonic detection tend to be quick, convenient, simple, easy to contro

5、l, and in real-time measuring precision can reach the requirement of practical industrial, therefore in the research on the mobile robot also widely application.this design used labview with low cost for the core, high precision, miniaturization digital display ultrasonic thickness gauge of hardware

6、 and software design method. application of ultrasonic wave of piezoelectric ceramic realized the emitting and receiving signal harmonic signal and the transformation, application software technology to probe labview received signal processing, realize the ultrasonic thickness gauge function.the exp

7、eriment proved that the system design is reasonable, strong anti-jamming ability, good real-time, expansion and upgrade, so the system can effectively solve all sorts of plank and machining parts, construction site accurate measurement of industrial site monitoring and some problems.keywords: ultras

8、onic, thickness, labview目 錄前言 1第1章超聲波測(cè)厚儀的簡(jiǎn)介.21.1.超聲波的概述 .21.1.1.超聲波概念 21.1.2.超聲波的特性 21.1.3.超聲波的應(yīng)用 31.2.超聲波測(cè)厚儀的應(yīng)用 4第2章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)52.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.52.1.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù).52.1.2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求.52.2.系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)和論證.52.2.1.系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì).62.2.2. 系統(tǒng)整體方案的論證7第3章超聲波測(cè)厚儀測(cè)厚原理、方法83.1.超聲波測(cè)厚儀測(cè)量原理.83.2.超聲波接收裝置.93.2.1.超聲換能器.93.2.2.超聲波換能器測(cè)厚原理103

9、.2.3.測(cè)厚方法的選擇11第4章系統(tǒng)基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)134.1.虛擬儀器134.1.1.使用優(yōu)勢(shì)134.1.2.主要特點(diǎn)144.2. labview154.2.1.labview的概述.154.2.2. labview的應(yīng)用.154.2.3. labview常用控件164.3.在labview下的設(shè)計(jì)204.3.1.信號(hào)的生成.204.3.2.波形的處理224.3.3.信號(hào)的頻域分析244.3.4.數(shù)據(jù)的處理264.3.5.整體設(shè)計(jì).26第5章總結(jié).30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄1：程序框圖.33附錄2：英語(yǔ)原文.34附錄3：中文譯文.44前 言 虛擬儀器(virtual instrumen

10、t,簡(jiǎn)稱vi)是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，它是全新概念的儀器，是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破。它的出現(xiàn)使測(cè)量?jī)x器和計(jì)算機(jī)之間的界線消失，開始了測(cè)量?jī)x器的新時(shí)代，是儀器領(lǐng)域的一次革命。計(jì)算機(jī)和儀器結(jié)合方式主要有兩種。一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，智能化儀器采用的就是這種結(jié)合方式；另一種方式是將儀器系統(tǒng)裝入計(jì)算機(jī)，以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器的功能，常說(shuō)的虛擬儀器就是這種方式。美國(guó)國(guó)家儀器(ni）公司開發(fā)的labview軟件就是目前實(shí)現(xiàn)虛擬儀器最流行的設(shè)計(jì)工具軟件之一。傳統(tǒng)的超聲波測(cè)厚儀由于硬件的束縛，測(cè)厚儀存在成本高、軟件升級(jí)困難、設(shè)計(jì)復(fù)雜等不足，為了克服這些缺點(diǎn)，本論文利

11、用了計(jì)算機(jī)與虛擬儀器軟件labview相結(jié)合的技術(shù)，設(shè)計(jì)一臺(tái)虛擬超聲波測(cè)厚儀。虛擬超聲波測(cè)厚儀具有數(shù)字式測(cè)厚儀的一切優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其充分利用了計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，因而具有能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行一些傳統(tǒng)儀器難以實(shí)現(xiàn)的功能，如對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的智能化分析處理、測(cè)厚過(guò)程的軟件控制、對(duì)波形的實(shí)時(shí)存取等。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的超聲波測(cè)厚儀主要是以微處理器為核心，以大規(guī)模集成芯片為外圍電路，其中以tt，cl系列的使用最為廣泛。超聲波測(cè)厚儀一方面可以對(duì)各種板材和加工零件作精確測(cè)量，另一重要方面是可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)它們?cè)谑褂眠^(guò)程中受腐蝕后的減薄程度。因此超聲波測(cè)厚儀廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、造船、航

12、空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。本論文基于虛擬儀器的超聲波測(cè)厚儀的設(shè)計(jì)運(yùn)用labview軟件設(shè)計(jì)的測(cè)厚儀，除測(cè)厚外，還可用于聲速的測(cè)量。只要能傳播超聲波（頻率高于20khz的聲波）的工程材料（如金屬、材料、玻璃等）都可以進(jìn)行測(cè)量，方法簡(jiǎn)單，同時(shí)測(cè)量的結(jié)果清晰明了。 第1章 超聲波測(cè)厚儀的簡(jiǎn)介1.1. 超聲波的概述1.1.1.超聲波的概念超聲波是聲音的類別之一，屬于機(jī)械波。聲波是指人耳能感受到的一種縱波，它是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式，其頻率范圍16hz-20khz。當(dāng)聲波的頻率低于16hz時(shí)稱為次聲波，高于20khz則被叫做超聲波。超聲波和可聞聲波本質(zhì)上是一樣的，它們的共同點(diǎn)都屬于一種機(jī)械振動(dòng)，

13、通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲波頻率高，波長(zhǎng)短。超聲波有兩大特點(diǎn)。一是波長(zhǎng)短，具有良好的定向性，可作近似直線的傳播，擁有良好的反射性能，并且在固體和液體內(nèi)的衰減比電磁波??；二是功率大，能量集中，攜帶的能量比一般的聲波大得多，可形成高強(qiáng)度、劇烈的振動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)械、光、熱、電、化學(xué)和生物等各種效應(yīng)。由于這兩大特點(diǎn)，超聲波在現(xiàn)代科技廣泛應(yīng)用，在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域都有廣泛的用途。1.1.2.超聲波的特性1超聲波具有許多優(yōu)秀的特性：傳播特性超聲波由于波長(zhǎng)很短，而通常被測(cè)物的厚度要比超聲波的波長(zhǎng)大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，但這保障了超聲波在均勻介質(zhì)中定向直

14、線的傳播。超聲波的波長(zhǎng)越短，這一特性就越顯著。功率特性當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí)，聲波能推動(dòng)空氣中的分子往復(fù)振動(dòng)而對(duì)分子做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強(qiáng)度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是很大的?？栈饔卯?dāng)超聲波在液體中傳播時(shí)，由于液體分子受到超聲波的作用而劇烈振動(dòng)，此時(shí)液體內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，使液體微粒之間發(fā)生猛烈的碰撞，從而產(chǎn)生幾千到上萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。微粒間這種劇烈的碰撞，會(huì)使液體的溫度由于液體分子做功而驟然升高，起到了很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發(fā)生乳化，并且加

15、速溶質(zhì)的溶解和化學(xué)反應(yīng)。1.1.3.超聲波的應(yīng)用1在全球，超聲波廣泛運(yùn)用于診斷學(xué)、治療學(xué)、工程學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。超聲波治療學(xué)的運(yùn)用有賽福瑞家用超聲治療機(jī)；工程學(xué)方面的應(yīng)用有水下定位與通訊、地下資源勘查等；生物學(xué)方面的應(yīng)用有剪切大分子、生物工程及處理種子等；診斷學(xué)方面的應(yīng)用有a型、b型、m型、d型、雙功及彩超等；治療學(xué)方面的應(yīng)用有理療、治癌、外科、體外碎石、牙科等。超聲檢驗(yàn)超聲波的波長(zhǎng)比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過(guò)不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測(cè)厚、測(cè)距、遙控和超聲成像技術(shù)。從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)超聲波換能器聚焦在被測(cè)物上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對(duì)

16、聲波的反射、吸收和散射的能力），匯聚在壓電接收器上，所得電信號(hào)輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把被測(cè)物的形象或厚度顯示在熒光屏上。上述技術(shù)裝置已在測(cè)量、醫(yī)療檢查方面獲得普遍的應(yīng)用。在微電子器件制造業(yè)中用來(lái)對(duì)大規(guī)模集成電路進(jìn)行檢查，在材料科學(xué)中用來(lái)顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。超聲處理利用超聲的機(jī)械作用、空化作用、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，可進(jìn)行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和進(jìn)行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個(gè)部門獲得了廣泛的應(yīng)用?；A(chǔ)研究超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過(guò)程，聲弛豫過(guò)程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運(yùn)過(guò)程，并在宏觀上表現(xiàn)

17、出對(duì)聲波的吸收。通過(guò)物質(zhì)對(duì)超聲波的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結(jié)構(gòu)，這方面的研究構(gòu)成了分子聲學(xué)這一聲學(xué)分支。普通聲波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)。但對(duì)頻率在1012赫以上的特超聲波，波長(zhǎng)可與固體中的原子間距相比擬，此時(shí)必須把固體當(dāng)作是具有空間周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。點(diǎn)陣振動(dòng)的能量是量子化的,稱為聲子。特超聲對(duì)固體的作用可歸結(jié)為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種準(zhǔn)粒子的相互作用。對(duì)固體中特超聲的產(chǎn)生、檢測(cè)和傳播規(guī)律的研究，以及量子液體液態(tài)氦中聲現(xiàn)象的研究構(gòu)成了近代聲學(xué)的新領(lǐng)域。1.2.超聲波測(cè)厚儀的應(yīng)用超聲波測(cè)厚是應(yīng)用廣泛的工業(yè)測(cè)厚方法之一，超聲波測(cè)厚儀在電工技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化

18、、智能控制、通訊及電子技術(shù)等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)的軟、硬件的日益發(fā)展。在測(cè)試系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。超聲波測(cè)厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來(lái)進(jìn)行厚度測(cè)量的，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過(guò)被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭，通過(guò)精確測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)材料的厚度。凡能使超聲波以一恒定速度在其內(nèi)部傳播的各種材料均可采用此原理測(cè)量。超聲波測(cè)厚儀可對(duì)各種板材和各種加工零件作精確測(cè)量，也可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)它們?cè)谑褂眠^(guò)程中受腐蝕后的減薄程度。由于超聲波處理方便，并有良好的指向性，超聲技術(shù)測(cè)量金屬、非金屬材料的厚度，既快又準(zhǔn)確，無(wú)污染。在實(shí)

19、際工作中，常常在只許可一個(gè)側(cè)面可按觸的場(chǎng)合，更能顯示其優(yōu)越性。超聲波測(cè)厚儀廣泛用于各種板材、管材壁厚、鍋爐容器壁厚及其局部腐蝕、銹蝕的情況，因此對(duì)冶金、造船、機(jī)械、化工、電力、原子能等各工業(yè)部門的產(chǎn)品檢驗(yàn)對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行及現(xiàn)代化管理起著主要的作用。超聲波測(cè)厚儀僅是超聲技術(shù)應(yīng)用的一部分，還有很多領(lǐng)域都可以應(yīng)用到超聲技術(shù)。比如超聲波霧化、超聲波焊接、超聲波鉆孔、超聲波研磨、超聲波液位計(jì)、超聲波物位計(jì)、超聲波拋光、超聲波清洗機(jī)、超聲馬達(dá)等等。超聲波技術(shù)將在各行各業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)設(shè)計(jì)虛擬超聲波測(cè)厚儀的硬件需要選擇合適的超聲

20、波傳感器，進(jìn)行超聲波信號(hào)的傳遞與接收。軟件部分則通過(guò)labview軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波傳感器接收信號(hào)的處理，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)化顯示，清楚明了。主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1） 搭建虛擬儀器硬件平臺(tái)（a）傳感器的選擇（b）被檢材料的選擇（2） 編制儀器的labview軟件（a）探測(cè)方法的選擇（b）探頭頻率的選擇（c）靈敏度的選擇（d）記錄的存?。╡）信號(hào)處理（f）結(jié)果顯示。2.1.2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求虛擬測(cè)厚儀具有數(shù)字式測(cè)厚儀的一切優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其充分利用了計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，因而具有能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行一些傳統(tǒng)儀器難以實(shí)現(xiàn)的功能，如對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的智能化分析處理、測(cè)厚過(guò)程的軟件控制、對(duì)波形的實(shí)時(shí)存取等。2.2.系統(tǒng)整

21、體方案的設(shè)計(jì)和論證2.2.1系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到生產(chǎn)自動(dòng)化的使用要求。 超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距離測(cè)量方面常用的是壓電式超聲波換能器。本設(shè)計(jì)采用超聲波直探頭與虛擬儀器相結(jié)合，共同實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)厚儀的功能。高頻信號(hào)超聲波發(fā)射器信號(hào)

22、濾波頻譜分析超聲波接收器顯示厚度被測(cè)物圖2.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖labview 產(chǎn)生的信號(hào)傳送到labview 數(shù)據(jù)卡,然后連接到超聲波發(fā)射器發(fā)出。超聲波接收器接收到反射回的超聲波與超聲波發(fā)射器發(fā)射的波進(jìn)行底波與始波的相位差計(jì)算，就可以顯示被測(cè)物的厚度。另外也可以選用labview本身產(chǎn)生不同相位的波形信號(hào)，通過(guò)labview頻譜計(jì)算峰值頻率，再求倒得到時(shí)間值，帶入公式 2-1就可求出被測(cè)物的厚度。2.2.2系統(tǒng)整體方案的論證超聲波測(cè)量的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出試樣厚度。實(shí)用的測(cè)量方法有兩種，一種是在被測(cè)物體的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方法；一種是發(fā)射波被

23、物體反射回來(lái)后接收的脈沖回波法。本論文選擇第二種方法即脈沖回波法方法進(jìn)行測(cè)量。labview設(shè)計(jì)主要是超聲波接收器接收超聲波的反射信號(hào)并對(duì)其的處理，以實(shí)現(xiàn)測(cè)厚的數(shù)字化顯示。首先使用仿真信號(hào)生成模塊產(chǎn)生波形，他的參數(shù)、頻率和信號(hào)類型的相應(yīng)參數(shù)都可以分別設(shè)定，幅值取默認(rèn)值1。波形送到fft spectrum mag-phase函數(shù)中，就得到了他們的幅頻特性。輸出的信號(hào)可以直接送給graph顯示，為了計(jì)算時(shí)間值，需要先從這些信號(hào)中提取出峰值對(duì)應(yīng)的頻率。將頻率值引出求倒，得到時(shí)間值。時(shí)間值的二分之一就是超聲波穿過(guò)被測(cè)物的時(shí)間，再乘以超聲波在被測(cè)物中傳播的速度就可以得到被測(cè)物的厚度。超聲波測(cè)厚儀的分辨率

24、取決于對(duì)換能器的選擇。超聲波換能器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用的材料是壓電陶瓷。由于超聲波在空氣中傳播時(shí)會(huì)有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；頻率高分辨率也高。所以薄物件測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而厚物件的測(cè)量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器。 第3章 超聲波測(cè)厚儀測(cè)厚原理、方法3.1.超聲波測(cè)厚儀測(cè)量原理2振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波。頻率在112104hz之間，能為人耳所聞的機(jī)械波，稱為聲波；低于11hz的機(jī)械波，稱為次聲波；高于2104hz的機(jī)械波，稱為超聲波，超聲波為直線傳播方式，頻率高，反射能力強(qiáng)。其指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而用于距離測(cè)量。利用超

25、聲波檢測(cè)往往較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)時(shí)控制，且測(cè)量精度能達(dá)到工業(yè)實(shí)用要求，因此在超聲波測(cè)厚的研制中得到廣泛應(yīng)用。超聲波測(cè)厚儀檢測(cè)厚度需使用超聲波。測(cè)厚的的方法有共振法、干涉法、脈沖回波法等?，F(xiàn)在主要采用脈沖回波法檢測(cè)厚度的工作原理。當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)（密度分別為1，2）傳播時(shí)，在其分界面將發(fā)生聲波折射和反射現(xiàn)象。若聲波垂直射入介質(zhì)，其反射率r為 3-1式中ir、ie為反射波與入射波的聲強(qiáng)；v1,v2為聲波在兩種介質(zhì)中的傳播速度從可以看出，如果兩種介質(zhì)的密度相差較大的話，聲波基本上被全部反射。h12發(fā)射探頭接收探頭 圖3.1 測(cè)量原理由圖3.1可以看出，將被測(cè)物置于與它密度完全

26、不同的介質(zhì)上，此時(shí)，當(dāng)發(fā)射換能器（發(fā)射探頭）被測(cè)物發(fā)射超聲波脈沖，設(shè)經(jīng)校驗(yàn)后超聲波波速為v,超聲波速根據(jù)被測(cè)物不同而有所改變。當(dāng)超聲波傳到被測(cè)物底部時(shí)被完全反射回來(lái)，被接收換能器（接收探頭）所接收。測(cè)出從發(fā)射到接受的這段時(shí)間間隔，即回波時(shí)間t，就可以算出被測(cè)物的厚度h。 由上式可以看出：厚度的測(cè)量需要先得到超聲波在不同被測(cè)物中傳播的速度v以及傳播的時(shí)間t。其中超聲波聲速v與通過(guò)的被測(cè)物材料有關(guān)，以下提供了超聲波在不同材料里的傳播速度。表3.1 不同材料的超聲波波速材料聲速（m/s）鋁6260鐵5900銅4700黃銅4640鋅4170銀3600玻璃2350錫3230金32403.2超聲波接收裝置

27、3.2.1.超聲換能器3超聲波探頭是實(shí)現(xiàn)聲、電轉(zhuǎn)換的裝置，又稱超聲換能器或傳感器。這種裝置能發(fā)射超聲波和接收超聲回波，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。超聲波由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生， 以電聲型為主，主要部件為高頻電源和換能器構(gòu)成的探頭。換能器由晶體制成，利用晶體的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，壓電效應(yīng)接收超聲波。常用的晶體是石英、酷鈦酸鉛等。應(yīng)用壓電效應(yīng)制作的超聲波探頭實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振工作。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有2個(gè)壓電晶片和1個(gè)共振板。當(dāng)它的兩電極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫

28、壓電品片振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)就成為超聲波接收器。超聲波換能器根據(jù)構(gòu)造可以分為直探頭和斜探頭。直探頭垂直于工件表面使用， 傳播的是超聲縱波，有利于探測(cè)表面平滑的物體厚度。斜探頭由直探頭和波型轉(zhuǎn)換器組成。超聲縱波經(jīng)渡型轉(zhuǎn)換器以一定傾角入射到工件表面上時(shí)，發(fā)生反射、折射及波型轉(zhuǎn)換。3.2.2.超聲波換能器測(cè)厚原理45超聲波換能器有發(fā)送器和接收器，發(fā)射器利用壓電晶體的諧振帶動(dòng)周圍空氣振動(dòng)來(lái)工作的.超聲波發(fā)射器在被測(cè)物上方發(fā)射超聲波，在發(fā)射波到達(dá)物體表面后會(huì)有一部分波反射回來(lái)被接收探頭接收，此時(shí)開始計(jì)時(shí)，其余超聲波繼續(xù)傳播，直到碰到被測(cè)物底部就返回來(lái)被接收器接收。被超聲波接收器接收的波擁有一

29、定的時(shí)間差，在工件表面最早被部分反射，由探頭接收，在示波管上顯示出來(lái)稱為始波。由工件底面反射回來(lái)的波被探頭接收，在示波管上顯示出來(lái)，稱為底波。在始波和底波之間，會(huì)有一些被衰減的波成為傷波。波始傷波底波圖3.2 探頭接收波形從上圖可以看出，始波和底波之間的時(shí)間差t就是超聲波在被測(cè)物內(nèi)傳播的時(shí)間。根據(jù)記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出被測(cè)物的厚度，這就是常用的時(shí)差法測(cè)距。發(fā)射波接收波從發(fā)射到接收的時(shí)間t圖3.3 時(shí)差法考慮到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的耐振性，我們選用性能穩(wěn)定的話鈦酸鉛系壓電陶瓷(pzt)探頭。超聲波為直線傳播方式，頻率高，反射能力強(qiáng)。測(cè)厚領(lǐng)域的超聲波頻率根據(jù)被測(cè)物不同而不同。因而設(shè)計(jì)時(shí)，超聲波換能器的工作

30、頻率要合適，太低，聲波的指向性增益也較低，測(cè)量精度受限制；太高，超聲波的吸收值又太大，易衰減，使測(cè)厚量程變小。3.2.3測(cè)厚方法的選擇由2.2.1可知探頭根據(jù)構(gòu)造可以分為直探頭和斜探頭。直探頭垂直于工件表面使用，傳播的是超聲縱波，有利于探測(cè)表面平滑的物體厚度。本設(shè)計(jì)采用的是直探頭。應(yīng)以直探頭測(cè)厚的主要方法有：標(biāo)度直讀法測(cè)厚標(biāo)度校正后，由式可知，讀取底波顯示的標(biāo)度值就可算得工件厚度。標(biāo)度直讀法只適用于較大深度的測(cè)定。對(duì)于厚度較薄的測(cè)定會(huì)不太精確，落在盲區(qū)之內(nèi)的回波無(wú)法測(cè)量。水浸法如果被測(cè)物很薄，由于超聲波在靠近探頭的近場(chǎng)區(qū)除主波束外還有許多方向分散的副渡束，波束的干擾使得難于測(cè)量工件厚度。用水浸

31、法可克服這個(gè)困難。測(cè)厚時(shí)將被測(cè)物置于水槽內(nèi)，用水浸探頭在被測(cè)物表面適當(dāng)距離處進(jìn)行探傷，水浸法所用水應(yīng)純凈，探頭表面不能有氣泡。工件厚度的計(jì)算法與標(biāo)度直讀法相同。多次回波法超聲波脈沖在被測(cè)物平行的上、下表面來(lái)回反射，聲能不斷減少。這時(shí)在示波屏上顯示出一系列高度依次降低的回波。兩個(gè)相鄰回波標(biāo)度差對(duì)應(yīng)的距離就是工件厚度d。如果測(cè)厚標(biāo)度校正后，n次回波相當(dāng)?shù)纳疃葹閟。則被測(cè)物厚度為：h=s/d。分割式探頭法主要用于測(cè)量非常薄(小于2ram)物體的厚度。由于本論文選擇的被測(cè)物表面光滑，上、下表面平行，材料均勻。所以采用標(biāo)度直讀法。第4章 系統(tǒng)基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)4.1.虛擬儀器虛擬儀器（virtual i

32、nstrumention）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的結(jié)構(gòu)反映了常見的虛擬儀器方案：被測(cè)對(duì)象信號(hào)處理數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)處理虛擬儀器面板4.1.1.使用優(yōu)勢(shì)6虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活

33、高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化i/o硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。.性能高：虛擬儀器技術(shù)是在pc技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的pc技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件i/o，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。.擴(kuò)展性強(qiáng)ni的軟硬件

34、工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當(dāng)前的技術(shù)中。得益于ni軟件的靈活性，只需更新您的計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)您的整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，您可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。.開發(fā)時(shí)間少驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，ni高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。ni設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使您輕松地配置創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。.無(wú)縫集成虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷

35、地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。ni的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的i/o設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。4.1.2.主要特點(diǎn)盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。目前，美國(guó)的ni公司和hp公司在虛擬儀器的研究方面處于領(lǐng)先地位，購(gòu)買其虛擬儀器產(chǎn)品必將有助于我們的科研和教學(xué)工作，但價(jià)格非常昂貴。因此，根據(jù)自己的需要自行研究和開發(fā)虛擬儀器顯得尤為重

36、要。利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能采用labview8.2圖形編程語(yǔ)言，設(shè)計(jì)了一種方便使用的相位差計(jì)。該儀器的主要特點(diǎn)如下：采用了labview作為開發(fā)平臺(tái)，軟件編程方便、簡(jiǎn)潔、效率高；利用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)可測(cè)量?jī)蓚€(gè)同頻信號(hào)的相位差；在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變軟件的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)別的儀器的功能。如虛擬函數(shù)發(fā)生器、虛擬示波器等。相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)控技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器將成為未來(lái)教學(xué)科研的重要方法和手段，將取代傳統(tǒng)一起成為測(cè)量?jī)x器的主流。4.2. labview4.2.1. labview的概述labview 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境（laboratory virtual instrument en

37、gineering workbench）的簡(jiǎn)稱。是美國(guó)國(guó)家儀器公司（national instruments, ni）的軟件產(chǎn)品。也是目前應(yīng)用最廣，發(fā)展最快，功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。labview 結(jié)合了簡(jiǎn)單易懂的圖形開發(fā)環(huán)境與靈活強(qiáng)的g編程語(yǔ)言，提供了一個(gè)非常直觀的編程環(huán)境：有專為大型應(yīng)用開發(fā)、集體開發(fā)及應(yīng)用配置設(shè)計(jì)的附加開發(fā)工具。包括應(yīng)用編程生成器、圖形比較、源代碼控制、程序碼編寫指導(dǎo)及復(fù)雜矩陣運(yùn)算功能。labview 不僅是一種編程語(yǔ)言，還是一種用于測(cè)量和自動(dòng)化的特定應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，一種用來(lái)快速設(shè)計(jì)工業(yè)原型和應(yīng)用程序的高度交互式的開發(fā)環(huán)境。同時(shí)，labview 還實(shí)現(xiàn)了對(duì)fp

38、ga等硬件的支持，實(shí)際上也是一種硬件設(shè)計(jì)工具。測(cè)量和自動(dòng)化程序在處理和通用程序一樣的問題（如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法、文件i/o、網(wǎng)絡(luò)i/o、用戶i/o和數(shù)據(jù)庫(kù)存取、打印等）的同時(shí)，還要處理額外的問題（如物理i/o、實(shí)時(shí)性約束和硬件配置等）。labview適用于測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用程序的能力與通用編程的能力相互增強(qiáng)和擴(kuò)展，時(shí)期在兩個(gè)方面體現(xiàn)出強(qiáng)大的功能。4.2.2. labview的應(yīng)用7 labview 的優(yōu)點(diǎn)，使其在包括航天、航空、通信、汽車、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。從儀器控制、數(shù)據(jù)采集到測(cè)試和工業(yè)自動(dòng)化，從大學(xué)實(shí)驗(yàn)室到工廠，從研究探索到技術(shù)集成，不同領(lǐng)域的科學(xué)家和工程師都在借助lab

39、view解決研究和工作中出現(xiàn)的各種應(yīng)用課題。 應(yīng)用于自動(dòng)化測(cè)試和測(cè)量平臺(tái) 近30 年來(lái)，ni公司革新了測(cè)量領(lǐng)域中工程師要年年進(jìn)行測(cè)試和測(cè)量的方式。利用pc和虛擬儀器技術(shù)，通過(guò)labview 的集成軟件包和pxi、pci、usb、ethernet等模塊化測(cè)量和控制硬件，可以提高開發(fā)設(shè)計(jì)效率并降低自動(dòng)化測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用程序的成本。測(cè)試和測(cè)量中的應(yīng)用通常有生產(chǎn)測(cè)試、驗(yàn)證測(cè)試、機(jī)械測(cè)試、實(shí)時(shí)可靠性測(cè)試、便攜式場(chǎng)地測(cè)試、射頻rf和通信測(cè)試、機(jī)臺(tái)測(cè)試、圖像采集和數(shù)據(jù)采集等。應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量和控制平臺(tái)labview 可用于要求苛刻的工業(yè)應(yīng)用，如高級(jí)i/o、高速模擬信號(hào)采集、振動(dòng)監(jiān)控、控制及其視覺之類的高級(jí)處理應(yīng)

40、用，以及與工業(yè)硬件（如opc設(shè)備和plc）的通信。另外，可以將labview 中的可編程自動(dòng)控制器集成于其他測(cè)控系統(tǒng)中，從而達(dá)到附加的測(cè)量和控制功能。應(yīng)用于設(shè)計(jì)、原型建筑和發(fā)布labview 可用于高效的設(shè)計(jì)應(yīng)用、仿真、仿真數(shù)據(jù)與正式測(cè)量之間的比較。將labview 和測(cè)量工具集成于附加的設(shè)計(jì)和仿真工具中，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就可以將真實(shí)的測(cè)試工具與仿真模型進(jìn)行比較，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷、減少重復(fù)設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)用于院校實(shí)驗(yàn)室labview 在測(cè)控領(lǐng)域掀起革新的同時(shí)，也增強(qiáng)和提高了院校實(shí)驗(yàn)室的研究。在實(shí)驗(yàn)室中，labview 將復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集工作變得簡(jiǎn)便，便于研究人員集中精力和時(shí)間用于實(shí)驗(yàn)操作、

41、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論總結(jié)，而不是將大量時(shí)間用于搭建實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。4.2.3. labview常用控件8數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)交換和處理時(shí)程序設(shè)計(jì)中不可缺少的部分。labview作為虛擬儀器程序設(shè)計(jì)軟件，提供了對(duì)多種數(shù)據(jù)類型的支持。labview中的數(shù)據(jù)類型包括數(shù)字型(numeric)、布爾型(即邏輯型，boolean)和字符串型(string)；構(gòu)造數(shù)據(jù)類型包括數(shù)組和簇；其他數(shù)據(jù)類型包括枚舉（refnum）、空類型等等。數(shù)字類型的前面板對(duì)象包含在控制模板numeric子模板中，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型分為變量和常量?jī)煞N，在某種意義上，labview的數(shù)據(jù)也可以這么分，numeric子模板中的前面板對(duì)象就相當(dāng)于傳統(tǒng)編程語(yǔ)言

42、中的數(shù)字變量。labview的子模板包括多種不同形式的控制和指示，它們的外觀各不相同，人數(shù)字量、滾動(dòng)條、水箱、溫度計(jì)、旋鈕、表頭、刻度盤以及顏色框等，但本質(zhì)是完全相同的，都是數(shù)字型，只是外觀不同而已。 簇一個(gè)簇中可以包含多種數(shù)據(jù)類型的元素，她包括簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型和復(fù)合數(shù)據(jù)類型。由于簇可以包含不同的數(shù)據(jù)類型，創(chuàng)建簇時(shí)要將不同類型的數(shù)據(jù)打包；訪問簇中的元素時(shí)要將簇解包。另外，在程序運(yùn)行過(guò)程中，數(shù)組的長(zhǎng)度可以自由改變，而簇的元素個(gè)數(shù)是固定的。.簇的創(chuàng)建在前面板上放置一個(gè)簇殼就創(chuàng)建了一個(gè)簇。然后你可以將前面板上的任何對(duì)象放在簇中。例如數(shù)組，你也可以直接從control 工具板上直接拖取對(duì)象堆放到簇中。一個(gè)

43、簇中的對(duì)象必須全部是control，或全是indicator，不能在同一個(gè)簇中組合control與indicator，因?yàn)榇乇旧淼膶傩员仨毷瞧渲兄?。一個(gè)簇將是control或indicator，取決于其內(nèi)的第一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)。如果需要可以使用工具重置簇的大小。如果你要求簇嚴(yán)格地符合簇內(nèi)對(duì)象的大小，可在簇的邊界上彈出快速菜單選擇自動(dòng)定義大小.簇與子vi的數(shù)據(jù)傳遞一個(gè)vi的連接窗口最大有28個(gè)端子?？梢酝ㄟ^(guò)把控制或顯示對(duì)象捆綁成一個(gè)簇，僅使用一個(gè)端子實(shí)現(xiàn)功能。捆綁數(shù)據(jù)功能將分散的元件集合為一個(gè)新的簇，或允許你重置一個(gè)已有的簇中的元素?？梢杂梦恢霉ぞ咄弦菲鋱D標(biāo)的右下角以增加輸入端子的個(gè)數(shù)。最終簇的序

44、是取決于被捆綁的輸入的順序。分解簇功能是將簇分解為若干分離的元件。程序結(jié)構(gòu)程序結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的重要組成成分，同樣labview中也不例外。labview提供了多種圖形化的程序結(jié)構(gòu)用來(lái)控制設(shè)計(jì)流程。labview程序結(jié)構(gòu)主要有：循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)等。循環(huán)結(jié)構(gòu)for循環(huán)是labview最基本的循環(huán)結(jié)構(gòu)之一，它執(zhí)行指定次數(shù)的循環(huán)，相當(dāng)于語(yǔ)言中的for循環(huán)：for (i=0; in; i+ ) labview中的for循環(huán)可從框圖功能模板子模板中創(chuàng)建。for循環(huán)執(zhí)行的是包含在循環(huán)框架內(nèi)的程序節(jié)點(diǎn)。其重復(fù)端口相當(dāng)于c語(yǔ)言for中的i，初始值為0，每次循環(huán)遞增步長(zhǎng)為1。而且，重復(fù)端口的初始

45、和步長(zhǎng)在labview中是固定不變的，若要用到不同的初始值或步長(zhǎng)，可對(duì)重復(fù)端口產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)運(yùn)算，也可用到移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。條件結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu)相當(dāng)于c語(yǔ)言中的switch語(yǔ)句或if else結(jié)構(gòu)或case結(jié)構(gòu)。 switch(表達(dá)式)case 常量表達(dá)式1：語(yǔ)句1； case 常量表達(dá)式2：語(yǔ)句2； case 常量表達(dá)式n：語(yǔ)句n；default ：語(yǔ)句n+1； 在某種意義上還相當(dāng)于c語(yǔ)言的if語(yǔ)句： if(條件判斷表達(dá)式) else條件結(jié)構(gòu)包括多個(gè)子程序框圖，根據(jù)傳遞給該結(jié)構(gòu)的輸入值執(zhí)行相應(yīng)的子程序框圖。條件結(jié)構(gòu)每次只能顯示一個(gè)子程序框圖，并且每次只執(zhí)行一個(gè)條件分支。條件結(jié)構(gòu)框由條件

46、選擇器標(biāo)簽、選擇器接線端和分支子程序框組成。順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)包含一個(gè)或多個(gè)按順序執(zhí)行的子程序框圖或幀，程序中用幀結(jié)構(gòu)來(lái)控制程序的執(zhí)行順序，執(zhí)行完某一幀中的程序以后再執(zhí)行下一幀中的程序。順序結(jié)構(gòu)包括層疊式順序結(jié)構(gòu)和平鋪結(jié)構(gòu)。.字符串和文件 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言除了識(shí)別自身語(yǔ)言規(guī)范的一些標(biāo)識(shí)、信息外，還需要和外界交換信息。字符串和文件操作時(shí)labview與外界通信的重要方式。labview的許多功能體現(xiàn)在儀器控制上，labview與各種儀器等硬件設(shè)備通信有重要的意義。而硬件設(shè)備控制命令和數(shù)據(jù)大多為字符串和文件方式，因此，labview提供了大量的字符串和文件處理功能。字符串是ascii字符的集合，包括可顯

47、示的字符和不可顯示的字符。字符串提供了一個(gè)獨(dú)立于操作平臺(tái)的信息和數(shù)據(jù)格式，labview支持操作系統(tǒng)地各種字體，包括中文字體。labview中常用的字符串?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有字符串。字符串?dāng)?shù)組等：在前面板中，字符串以文本輸入框、標(biāo)簽和表格等形式出現(xiàn)。文件i/o操作時(shí)與文件交換數(shù)據(jù)的重要途徑，文件操作包括打開和關(guān)閉文件操作。文件的讀操作、文件的寫操作和文件管理操作。文件操作中分為不同的文件格式，包括文本文件、二進(jìn)制文件、電子表格文件、數(shù)據(jù)記錄文件和測(cè)量文件。文件管理包括對(duì)文件、文件夾及其路徑的操作。波形的顯示 labview是以模擬真實(shí)儀器操作面板提供了強(qiáng)在的交互式界面設(shè)計(jì)功能。傳統(tǒng)的儀器儀表中，除了最簡(jiǎn)

48、單的數(shù)碼顯示外，能夠顯示測(cè)量信號(hào)波形和儀器工作狀態(tài)的crt熒光屏正在廣泛應(yīng)用，包括數(shù)字示波器、頻譜分析儀和邏輯分析儀等，這些高級(jí)的儀器都必需具備實(shí)時(shí)圖形顯示能力。一幅精心設(shè)計(jì)的畫面為用戶提供的信息量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)完全由數(shù)字或文字組成的報(bào)告。因此能夠?qū)⒋罅繙y(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為意義明確的顯示曲線或三維圖形的控件是設(shè)計(jì)虛擬儀器所必需的。按照處理測(cè)量數(shù)據(jù)的方式和顯示過(guò)程的不同，labview波形顯示控件主要分為兩大類，一類為事后記錄圖（graph）,另一類為實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖（chart），這兩類控件都是用來(lái)對(duì)波形或圖形進(jìn)行顯示的，它們的區(qū)別在于兩面三刀者的數(shù)據(jù)組織方式及波形刷新方式不同。結(jié)于事后記錄圖graph方式來(lái)

49、說(shuō)，它的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為數(shù)組，也就是就graph顯示是將構(gòu)成數(shù)組的全部測(cè)量數(shù)據(jù)一次顯示完成；而實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖chart方式是實(shí)時(shí)顯示一個(gè)或幾個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，而且新接收數(shù)據(jù)點(diǎn)要接在原有波形的后面連續(xù)顯示。它的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)標(biāo)量，也可以是數(shù)組。顯示控件包括事后記錄波形控件(waveform graph)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖控件(waveform chart)、xy波形記錄控件（xy graph）、密度圖形顯示控件(intensity graph)、密度趨勢(shì)控件(intensity chart)等.4.3.在labview下的設(shè)計(jì)4.3.1.信號(hào)的生成數(shù)字信號(hào)具有高保真、低噪聲、便于處理等優(yōu)點(diǎn)，從而得到廣泛的應(yīng)用

50、。信號(hào)分析是通過(guò)研究信號(hào)的描述、運(yùn)算、特性以及信號(hào)發(fā)生一些變化時(shí)其特性相應(yīng)的變化，來(lái)揭示自身的時(shí)域特性、頻域特性等。在labview中信號(hào)的發(fā)生方法總體上可以分為兩種，一種是通過(guò)外部硬件發(fā)生信號(hào)，用labview編寫程序控制計(jì)算機(jī)的a/d數(shù)據(jù)采集卡而獲取信號(hào)；另一種方式是選用labview本身產(chǎn)生波形信號(hào)，即用軟件產(chǎn)生信號(hào)。用labview程序進(jìn)行信號(hào)的發(fā)生主要依靠一些可以產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的函數(shù)、vis以及express vis來(lái)完成，另外一些數(shù)學(xué)應(yīng)算函數(shù)也可以產(chǎn)生波形信號(hào)。超聲波測(cè)厚的信號(hào)可以應(yīng)用labview 產(chǎn)生信號(hào)傳送到labview 數(shù)據(jù)卡,然后連接到超聲波發(fā)射器發(fā)出。但設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，本

51、論文選用用軟件產(chǎn)生具有一定相位差的波形信號(hào)。在函數(shù)選板上選擇“express輸入”，在該子選板中選擇“仿真信號(hào)”函數(shù)，用此express vi來(lái)生成所需的仿真信號(hào)。由于超聲波接收器將會(huì)收到的始波和底波的時(shí)間不一樣，存在一定的相位差，因而使用兩個(gè)仿真信號(hào)控件產(chǎn)生兩個(gè)波形，他們的參數(shù)：頻率和信號(hào)類型的相應(yīng)參數(shù)是一樣的；相位則分別設(shè)定，幅值取默認(rèn)值1。圖 4.3.1 創(chuàng)建仿真信號(hào)的程序框圖圖4.3.2 仿真信號(hào)生成的前面板從圖4.3.1可以看到有兩個(gè)波形生成，它們是超聲波接收器將會(huì)收到的始波和底波的波形。由于接收的時(shí)間不一樣，所以存在一定的相位差，但其中頻率是一樣的。修改輸入的頻率、相位值，波形也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。 在仿真信號(hào)vi中設(shè)置采樣率和采樣數(shù)，采樣率至少為所設(shè)置頻率的2倍，采樣數(shù)值可以自動(dòng)調(diào)節(jié)。4.3.2.波形的處理labview 中提供了多種濾波器和用來(lái)設(shè)計(jì)濾波器的函數(shù)節(jié)點(diǎn)和vi。濾波器接節(jié)點(diǎn)位于函數(shù)選板的“信號(hào)處理濾波器” 數(shù)字濾波器節(jié)點(diǎn)可以將輸入信號(hào)直接經(jīng)過(guò)濾波器處理，也可以計(jì)算濾波器系數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)濾波器。濾波器包括butterworth濾波器、chebyshev濾波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器、等紋濾波器等。濾波器選板中還包括高級(jí)iir濾波器和高級(jí)fir濾波器兩個(gè)子選板。在這兩個(gè)子選板中，濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)