超聲波瓶體厚度檢測及其材料分類的研究，保障公共安全

項目背景

1．項目名稱：基于FPGA的超聲波瓶體厚度檢測及其材料分類的研究

2. 項目開發(fā)的意義：

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

造成液體非接觸安檢設(shè)備無法實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。實驗表明，一個瓶體的材質(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)進行分類與測厚成為了目前較為關(guān)注的焦點問題。

超聲波是頻率在20KHz以上的聲波，超聲波的波長比一般聲波短，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，并在海洋探查與開發(fā)、無損檢測與評價、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域發(fā)揮著不可取代的作用。超聲檢測技術(shù)(UT)是五大常規(guī)檢測技術(shù)中使用最多的一種。超聲波瓶體材質(zhì)分類與測厚是超聲檢測的一種。它有成本低、使用方便、速度快、對人體無害以及便于現(xiàn)場使用等特點。也因此它是一種發(fā)展較快的一種無損測厚技術(shù)。超聲波瓶體材質(zhì)分類與測厚是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)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、長壽命等特點。

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

3.發(fā)展綜述：

目前，國內(nèi)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(yīng)市。隨著新型工業(yè)材料的開發(fā)，微電子技術(shù)應(yīng)用和標準化事業(yè)進程，尤以近十年來，測厚技術(shù)得到迅猛發(fā)展，測厚儀在電路設(shè)計，新型傳感器應(yīng)用，測頭的多制式與通用性，量值顯示與數(shù)據(jù)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)展促使著超聲波測厚儀器的不斷成熟，它憑借其小型輕便、操作簡單、對被測物表面光潔度要求不高、測量范圍大等特點用于航海、航天、汽車制造等行業(yè)，帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，已在世界各主要工業(yè)國家得到重視和應(yīng)用。

但是，最新的API.5C標準要求對壁厚進行快速，連續(xù)測量，很久以來，眾多國內(nèi)外研究機構(gòu)和企業(yè)有關(guān)人員一直致力于此研究，但結(jié)果并不理想，同時超聲波對于材質(zhì)的分類技術(shù)仍然處于研究階段，其具體實際應(yīng)用還未見報道。

4.項目開發(fā)內(nèi)容：

課題項目主要圍繞如何對瓶體材料進行分類和以及如何測量瓶體厚度開展研究工作。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)信號進行A/D轉(zhuǎn)換，低通去噪處理；將經(jīng)過去噪后的信號首先應(yīng)用信號的自相關(guān)理論，從而精確提取出收發(fā)信號的延時情況；與此同時，我們還要通過FFT得到回波信號的頻譜情況以及通過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)信號延時情況，收發(fā)信號衰減情況進行統(tǒng)一的邏輯綜合分析，得出人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的四點輸入信息；利用得到的四點輸入信息，我們采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，并通過離線學(xué)習(xí)構(gòu)建出一個能夠?qū)ζ矿w材料進行分類的方法；最后我們可以完成一種可自動識別瓶體材質(zhì)的瓶體測厚功能。

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

6.項目基本要求：