超聲波瓶體厚度檢測(cè)及其材料分類(lèi)的研究，保障公共安全

項(xiàng)目背景

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

2. 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的意義：

目前采用的非接觸液體檢測(cè)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(zhēng)執(zhí)，影響機(jī)場(chǎng)及公共場(chǎng)所的安全秩序。特別是漏報(bào)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(mǎn)足實(shí)用化的要求。

造成液體非接觸安檢設(shè)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(duì)于液體非接觸檢測(cè)的影響是巨大的，不容忽視的。實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)瓶體的材質(zhì)與厚度對(duì)于液體非接觸檢測(cè)的虛警概率與漏報(bào)概率存在較大影響。因此如何精確對(duì)瓶體的材質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)與測(cè)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(zhǎng)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(cè)量、厚度測(cè)量，并在海洋探查與開(kāi)發(fā)、無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)、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(cè)技術(shù)(UT)是五大常規(guī)檢測(cè)技術(shù)中使用最多的一種。超聲波瓶體材質(zhì)分類(lèi)與測(cè)厚是超聲檢測(cè)的一種。它有成本低、使用方便、速度快、對(duì)人體無(wú)害以及便于現(xiàn)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(cè)厚技術(shù)。超聲波瓶體材質(zhì)分類(lèi)與測(cè)厚是一種非接觸檢測(cè)技術(shù)，不受光線、被測(cè)對(duì)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(hù)、不污染、高可靠、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。

除此之外，超聲波對(duì)瓶體的相關(guān)檢測(cè)，還廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品安全等多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。

3.發(fā)展綜述：

目前，國(guó)內(nèi)超聲波測(cè)厚技術(shù)發(fā)展的比較快，20世紀(jì)60年代末期，已有國(guó)產(chǎn)的電子管式渦流測(cè)厚儀應(yīng)市。隨著新型工業(yè)材料的開(kāi)發(fā)，微電子技術(shù)應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)化事業(yè)進(jìn)程，尤以近十年來(lái)，測(cè)厚技術(shù)得到迅猛發(fā)展，測(cè)厚儀在電路設(shè)計(jì)，新型傳感器應(yīng)用，測(cè)頭的多制式與通用性，量值顯示與數(shù)據(jù)打印，測(cè)控功能擴(kuò)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(cè)厚儀器的不斷成熟，它憑借其小型輕便、操作簡(jiǎn)單、對(duì)被測(cè)物表面光潔度要求不高、測(cè)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(jì)效益和社會(huì)效益，已在世界各主要工業(yè)國(guó)家得到重視和應(yīng)用。

但是，最新的API.5C標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)壁厚進(jìn)行快速，連續(xù)測(cè)量，很久以來(lái)，眾多國(guó)內(nèi)外研究機(jī)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(shí)超聲波對(duì)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(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)道。

4.項(xiàng)目開(kāi)發(fā)內(nèi)容：

課題項(xiàng)目主要圍繞如何對(duì)瓶體材料進(jìn)行分類(lèi)和以及如何測(cè)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(xiàng)目的主要傳感器，完成對(duì)超聲波的發(fā)送以及對(duì)回波的檢測(cè)工作；之后對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，低通去噪處理；將經(jīng)過(guò)去噪后的信號(hào)首先應(yīng)用信號(hào)的自相關(guān)理論，從而精確提取出收發(fā)信號(hào)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(hào)的頻譜情況以及通過(guò)幅度提取模塊獲得收發(fā)信號(hào)的衰減信息；我們對(duì)得到回波頻譜信息，收發(fā)信號(hào)延時(shí)情況，收發(fā)信號(hào)衰減情況進(jìn)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(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)離線學(xué)習(xí)構(gòu)建出一個(gè)能夠?qū)ζ矿w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(shí)別瓶體材質(zhì)的瓶體測(cè)厚功能。

5.項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)：采用大量高效算法，設(shè)計(jì)了一種精度高，速度快的測(cè)厚系統(tǒng)，同時(shí)利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，訓(xùn)練出一種可以自動(dòng)識(shí)別瓶體材質(zhì)（塑料，玻璃，陶瓷）的系統(tǒng)。

6.項(xiàng)目基本要求：