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汽缸内壁激光热处理条纹宽度与厚度的检测

作　者: 汤晓君
导　师: 梁鸿生
学　校: 西安理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电涡流传感器汽缸内壁激光热处理条纹多频率多参数检测滤波 80C196KC单片机 BP神经网络误差分析
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

电涡流传感器检测技术是近年来发展起来的很受欢迎的一种非接触无损检测技术，它同磁粉检测、超声波检测、射线检测和渗透检测一起构成了现代的五大无损检测技术。本文首先从自动化系统出发，简述了传感器目前在自动化领域中所处的地位和发展状况。通过同其它几种无损检测技术的比较，给出了电涡流技术的优越性，阐述了国内外电涡流技术的发展现状，展望了我国电涡流技术发展的未来，给出了汽缸内壁激光热处理条纹厚度与宽度的检测这个课题的背景；然后从电磁场理论中的麦克斯韦方程出发，通过一系列的数学严密推导，并结合现实生活中的一些电磁现象，定性地解释了电涡流技术的原理，以及电涡流传感器多频率多参数的检测原理，给出了电涡流技术的部分应用场合，以及电涡流检测的等效电路。在此基础上，结合汽缸内壁激光热处理条纹厚度和宽度检测的实际情况，证明了电涡流多频率多参数检测技术在汽缸内壁激光热处理条纹厚度和宽度检测中的可行性。对于一个检测系统来说，硬件设计是整个系统设计的基础，系统的其它设计必须在硬件的基础上进行。本文利用梯度法提出了电涡流传感器信号变换器的参数求取和设计方法，通过数学推导，给出了各参数的求取公式；阐述并讨论了本文所涉及的带通模拟滤波器的设计方法，详述了巴特沃斯带通滤波器的设计步骤，并给出了各步所得到的计算公式，介绍了MAX274滤波芯片的使用方法，并给出了本文所用到的带通滤波器的传递函数，以及MAX274滤波器的滤波电路及其各电阻的计算公式和电阻值；结合本课题的设计要求，给出了80C196KC单片机检测系统的硬件结构图；提出了一种新的利用单片机P1口进行键盘显示系统设计方法，介绍了用于扫描显示和数码管驱动芯片MAX7219的一些特点和使用方法，给出了键盘设计的电路及其元器件参数，节省了硬件资源；介绍了RS232通信协议及其对驱动器的要求，并给出了使用ICL232C作为驱动器的RS232通信接口电路；介绍了本检测系统的系统干扰的来源，并给出了一些硬件抗干扰措施，提高了系统的抗干扰能力。数据似合／标度变换是测量系统必须考虑的一个问题，本文给出了线性系统的标度变换公式，讨论了非线性系统数据拟合的一些方法，其中详细讨论了最小二乘法，并给出了三阶最小二乘法在本课题中的拟合结果及其参数值；简述了神经网络的一些特征，并根据本课题的实际情况，提出了一种适合于本课题数据拟合所需要的神经网络响应函数，给出了使用该函数作为响应函数的BP神经网络（NN）的学习过程以及每一步的计算公式，即权值修正计算公式；根据SP神经网络的权值的修正的特点，提出了假性局部最小的概验，并给出了解决局部最小问题、假性局部最小问题、振荡问题和发散问题的方法。通过神经网络的曲面拟合，很好地解决了本课题中所涉及的多个相互耦合的被测参数的解耦问题和标度变换问题，同常规S型非线性响应函数BP神经网络数据拟合相比，减小了计算量，节省了检测系统在检测过程中的计算时间，拟合结果表明。BP神经网络数据拟合行之有效，比最小二乘法的拟合精度要高。软件设计检测系统设计的另一大设计部分。木文在这一部分首先讨论了软件设计的方法，给出了本课题单片机系统的主程序框图；然后按主程序执行的先后顺序先后介绍了系统自检中指令自检、ROM自检、RAM自检、A／D转换自检和面板自检等系统自检的方法，并给出了各自的程序框图：介绍了 80C 96KC单片机作为MCS96系列单片机中比较高级的一种型号，它在数据采集方面所要注意的一些事项，给出了 80CN6KC单片机自带 A／D转换器数据采集及其转换速度调节的方法和参数计算公式：简述了数字滤波器与常规模拟滤波器相比的优点，详细讨论了数字滤波器的一般设计方法，分别给出了无限冲击响应门）和有限冲击响应（FIR）数字滤波器的设计公式；阐述了常用数字滤波方法及其各自的适用场合，并给出了各种滤波器的设计计算公式：给出了由采样数据求取汽缸内壁激光热处理条纹厚度和宽度的方法和程序框图：在介绍了80CN6＊C单片机P！口的使用方法的基础上，详细讨论了使用n口进行一键多功能的键盘设计方法，给出了本课题中所设计的键盘的各按键的功能及程序框图：详细介绍了＊＊＊72凹的软件设计方法，并给出了其程序设计枢图；在软件设计部分的最后，论文给出了木测量系统中微处理其系统在运行过程中可能出现的一些问题及其解决方法，以及软件抗干扰措施。论文最后给出了本课题的实验数据，讨论了误差分析的必要性，从测量误差的角度分析了各种误差的来源，并给出了相应的解决方法：分析了传统的对各环节的误差求均方根的误差分析法的缺陷，同时提出了一种新的系统误差分析方法，把系统分解成串联、并联和反馈等子系统的组合，分别推导并给出了各种子系统的误差计算公式，同时从理论上证明了这种误差分析方法的科学性。通过利用这种误差分析方法对本测量系统进行误差分析的结果表明，本测量系

全文目录

  3-4
  4-5
  5-7
  7-11
第一章　绪　论  11-15
  一、国内外电涡流技术的现状  11-13
  二、我国电涡流检测技术的发展方向及未来展望  13
  三、本课题的来源及其背景  13-14
  四、论文简要  14-15
第二章　电涡流检测原理  15-22
  一、基本原理  15
  二、理论依据及其参数关系式  15-18
  三、电涡流多频率多参数测量  18
  四、电涡流技术应用  18-20
  五、电涡流技术在内燃机汽缸内壁激光热处理条纹检测中的应用  20-22
第三章　硬件设计  22-40
  §3.1 激励源电路  22-23
  §3.2 电涡流传感器电路及其参数的确定  23-26
  §3.3 信号的隔离放大  26
  §3.4 滤波器  26-31
  §3.5 检波  31-32
  §3.6 单片机最小系统  32-40
第四章　数据拟合  40-49
  §4.1 最小二乘法  41-43
  §4.2 BP神经网络及其在数据拟合中的应用  43-49
第五章　软件设计  49-70
  §5.1 系统自检  50-52
  §5.2 数据采集及数字滤波  52-61
  §5.3 条纹宽度与厚度的求取  61-62
  §5.4 容错处理  62-63
  §5.5 键盘显示系统  63-68
  §5.6 软件抗干扰设计  68-70
第六章　误差分析  70-75
  一、误差的分类  70
  二、一般误差估计方法  70-71
  三、误差的传递  71-73
  四、本测量系统的误差  73-75
后　记  75-76
致　谢  76-77
附　表  77-78
  78-82
已发表论文及科研情况  82

汽缸内壁激光热处理条纹宽度与厚度的检测

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