超聲波瓶體厚度檢測及其材料分類(lèi)的研究，保障公共安全

項目背景

1．項目名稱(chēng)：基于FPGA的超聲波瓶體厚度檢測及其材料分類(lèi)的研究

2. 項目開(kāi)發(fā)的意義：

目前采用的非接觸液體檢測設備，經(jīng)常出現虛警的情況，極易引起乘客與安檢人員的爭執，影響機場(chǎng)及公共場(chǎng)所的安全秩序。特別是漏報概率不可忽視，造成很大的安全隱患。因此現在液體非接觸安檢設備難以滿(mǎn)足實(shí)用化的要求。

造成液體非接觸安檢設備無(wú)法實(shí)用化的原因是多樣的。這其中裝有液體的容器（多為瓶狀容器）對于液體非接觸檢測的影響是巨大的，不容忽視的。實(shí)驗表明，一個(gè)瓶體的材質(zhì)與厚度對于液體非接觸檢測的虛警概率與漏報概率存在較大影響。因此如何精確對瓶體的材質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)與測厚成為了目前較為關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。

超聲波是頻率在20KHz以上的聲波，超聲波的波長(cháng)比一般聲波短，具有較好的方向性，且能穿透透明和不透明的物質(zhì)，被廣泛用于金屬探傷、距離測量、厚度測量，并在海洋探查與開(kāi)發(fā)、無(wú)損檢測與評價(jià)、醫學(xué)診斷等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)不可取代的作用。超聲檢測技術(shù)(UT)是五大常規檢測技術(shù)中使用最多的一種。超聲波瓶體材質(zhì)分類(lèi)與測厚是超聲檢測的一種。它有成本低、使用方便、速度快、對人體無(wú)害以及便于現場(chǎng)使用等特點(diǎn)。也因此它是一種發(fā)展較快的一種無(wú)損測厚技術(shù)。超聲波瓶體材質(zhì)分類(lèi)與測厚是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線(xiàn)、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護、不污染、高可靠、長(cháng)壽命等特點(diǎn)。

除此之外，超聲波對瓶體的相關(guān)檢測，還廣泛應用于環(huán)境監測和食品安全等多個(gè)領(lǐng)域當中。

3.發(fā)展綜述：

目前，國內超聲波測厚技術(shù)發(fā)展的比較快，20世紀60年代末期，已有國產(chǎn)的電子管式渦流測厚儀應市。隨著(zhù)新型工業(yè)材料的開(kāi)發(fā)，微電子技術(shù)應用和標準化事業(yè)進(jìn)程，尤以近十年來(lái)，測厚技術(shù)得到迅猛發(fā)展，測厚儀在電路設計，新型傳感器應用，測頭的多制式與通用性，量值顯示與數據打印，測控功能擴展及智能化諸方面，都不斷取得突破與創(chuàng )新。這些技術(shù)的發(fā)展促使著(zhù)超聲波測厚儀器的不斷成熟，它憑借其小型輕便、操作簡(jiǎn)單、對被測物表面光潔度要求不高、測量范圍大等特點(diǎn)用于航海、航天、汽車(chē)制造等行業(yè)，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，已在世界各主要工業(yè)國家得到重視和應用。

但是，最新的API.5C標準要求對壁厚進(jìn)行快速，連續測量，很久以來(lái)，眾多國內外研究機構和企業(yè)有關(guān)人員一直致力于此研究，但結果并不理想，同時(shí)超聲波對于材質(zhì)的分類(lèi)技術(shù)仍然處于研究階段，其具體實(shí)際應用還未見(jiàn)報道。

4.項目開(kāi)發(fā)內容：

課題項目主要圍繞如何對瓶體材料進(jìn)行分類(lèi)和以及如何測量瓶體厚度開(kāi)展研究工作。超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭是該項目的主要傳感器，完成對超聲波的發(fā)送以及對回波的檢測工作；之后對相關(guān)信號進(jìn)行A/D轉換，低通去噪處理；將經(jīng)過(guò)去噪后的信號首先應用信號的自相關(guān)理論，從而精確提取出收發(fā)信號的延時(shí)情況；與此同時(shí)，我們還要通過(guò)FFT得到回波信號的頻譜情況以及通過(guò)幅度提取模塊獲得收發(fā)信號的衰減信息；我們對得到回波頻譜信息，收發(fā)信號延時(shí)情況，收發(fā)信號衰減情況進(jìn)行統一的邏輯綜合分析，得出人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的四點(diǎn)輸入信息；利用得到的四點(diǎn)輸入信息，我們采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )算法，并通過(guò)離線(xiàn)學(xué)習構建出一個(gè)能夠對瓶體材料進(jìn)行分類(lèi)的方法；最后我們可以完成一種可自動(dòng)識別瓶體材質(zhì)的瓶體測厚功能。

5.項目創(chuàng )新點(diǎn)：采用大量高效算法，設計了一種精度高，速度快的測厚系統，同時(shí)利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，訓練出一種可以自動(dòng)識別瓶體材質(zhì)（塑料，玻璃，陶瓷）的系統。

6.項目基本要求：