在核燃料组件的生产过程中,需要对核燃料棒包壳管锆管的内壁涂覆石墨,石墨层的厚度直接影响核燃料块的可靠性和安全性。对锆管内壁石墨涂层厚度的研究涉及了微弱信号检测技术、无损检测技术、核辐射式检测技术、传感器技术、计算机控制技术等多种学科。本课题根据β射线反散射原理设计了一款β背散射测厚仪,该测厚仪选用ST公司开发的高性能处理器STM32F407作为控制核心,传感器选用美国LND,INC公司生产的G-M管76011,它是云母型窗口。本论文的主要内容包括以下六个方面:(1)β背散射测厚仪的研究现状、发展趋势及研究意义;(2)β测厚法的原理,并根据原理设计β背散射测厚仪的模型;(3)选择合适的器件,并对其特性及应用方法进行说明,而后设计β背散射测厚仪的硬件电路,阐述了硬件电路的设计思路,详细描述了主要电路的构成以及仿真结果,内容有STM32F407单片机外围电路、信号调理电路、通讯电路、电源及下载电路、OLED显示电路等;(4)介绍了该测厚仪系统的软件设计平台KeiluVIsion5,设计了主程序模块、数据采集模块、通信模块、OLED显示模块等程序,整个软件系统采用模块化结构设计,用主程序调用其它各个功能模块的独立函数来运行;(5)设计β背散射测厚仪的上位机监控界面,与下位机通信后主要实现对下位机数据的采集、显示、数据存储、导出报表等功能;(6)搭建实验平台,进行实验研究,将测得的石墨涂层厚度值与标准的厚度值进行比较,并尽可能的提高精度。通过对硬件与软件系统的设计,最终实现β背散射测厚仪的检测功能。本课题设计出了β背散射测厚仪的实验装置,并进行了实验测试研究。结果达到了预期目的,证明了测厚仪的可行性,该课题的研究对核工业核燃料棒包壳管的生产过程有着重要的现实意义。