超声反射法测厚仪的智能化设计

　　1　引言

　　由于受早期电子技术的局限,老式的超声反射法测厚仪均为纯硬件结构,在电气性能和物理性能等方面都不尽人意。随着电子技术的不断进步。尤其是单片机技术的飞速发展,对超声波测厚仪的智能化改造已成为必然。采用单片机设计制作的超声波测厚仪,可以使测厚仪的厚度标定、声速设定、声速调整等操作实现智能化,全部测量过程由按键开关操作,实现PVC面膜式结构,同时还可以简化电路、降低成本、减少功耗。本文将向读者介绍超声波反射法测厚仪的工作原理及其智能化的设计。

　　2　超声反射法测厚仪的工作原理

　　用超声波探头向被测物体发出超声脉冲,此超声脉冲便在被测物体内传播,传播至被测物体的底面时发出反射,反射回来的超声波又被超声波探头接收。这样,从超声波探头发出超声脉冲到超声波探头接收到反射脉冲所用的时间t可通过电路精确地检测出来,在t时间内超声波在被测物体内完成了一个往返。如果被测物体的厚度用d表示,超声波的总行程就是2d。由于声波在某一物体内传播的速度c是常数,(例如:钢的声速是5950m/s,石英玻璃的声速是5570m/s)所以被测物体的厚度可由下式算出:

　　测厚仪的实际工作过程由图2-1加以说明。首先由电路产生的高电压窄脉冲T输送给超声波探头、超声波探头将高压电脉冲转变成同频率的超声波脉冲,通过耦合剂传播至被测物体表面,其中一部分由被测物体表面反射回来,为上表面波S。其余部分射入被测物体,再从被测物体的底面反射回来,为底面反射波B,反射波B又被超声波探头接收并转换为电信号送入电路,经放大后同发射脉冲一起送入闸门电路产生闸门脉冲。当被测物体较厚时,超声波束在物体内传播的时间长,产生的闸门脉冲就宽被测物体较薄时,超声波束在被测物体内传播的时间短,产生的闸门脉冲就窄。将闸门脉冲和时钟脉冲送给与门电路,由于闸门脉冲的宽度不同,与门输出的时钟脉冲数就不同,由此反映被测物体厚度值,将与门输出的脉冲数经标度变换后送给显示电路,显示被测物体的实际厚度。

　　超声波探头采用收发独立式,其结构示意图如图2-2。

　　收发两部分做在一个壳体内,中间由隔离层分开。收发两部分的特性是相同的,使用中可互换。探头的核心元件是压电陶瓷晶片,它具有声电转换特性。做为发射使用时,把电路送入的电脉冲转变成超声波脉冲。做为接收使用时,又可将接收到的超声波变成电信号送回电路。压电陶瓷晶片两侧的电极分别与同轴电缆的内导体和外导体连接。

　　3　超声反射法测厚仪的智能化设计