数字超声波测厚仪

    1 超声波测厚原理

    超声波测厚原理如图1所示,探头在发射电路的激励下发出超声波,超声波在探内传播媒介表面产生的接收脉冲是Ts,在被测物体表面产生的接收脉冲为Sf,在被测物体底面产生的接收脉冲为Bk。利用Sf和Bk由接收电路产生一厚度方波,该方波所占的时间T与超声波在被测物体中的传播速率V之积就是厚度值。通常用数字电路来测量T,即由晶振产生计数脉冲,与厚度方波相/与0;则产生由脉冲个数表示的厚度值,这样就可用数字电路或微机去处理测量结果。

    2 应用单片机的测厚仪的工作原理

    测厚仪是由单片机、发射电路、接收电路、探头、分频计数器及晶振组成,如图2所示,开始测量时,单机8031的T0作定时器用,作为整个测量系统的时标,只要T0定时时间一到,就产生一方波信号去激发发射电路,使发射电路驱动探头,产生一发射超声波。该发射波经过物体时,就产生了表面与底面反射波Sf与Bk,Sf与Bk经探头接收,转化为电信号由接收电路处理。接收电路主要由前置放大器与)JK触发器组成,Sf与Bk经过前置放大器后,放大幅值并滤掉干扰,然后送给JK触发器的置/I0与清/00端,在主时钟的作用下,JK触发器根据Sf与Bk产生一厚度方波。厚度方波与晶振相.与.后,产生数字脉冲个数,并经过分频计数器分频后送给8031的计数器T1,由T1的计数值乘上晶振周期和超声波速率,就得到了厚度值,并显示,从而完成了一次测厚过程。

    使用侵分频计数器的原因是为了使晶振频率与8031的计数率相适应,因为晶振通常选取10MHz以便提高精度,而8031的计数率是很低的。当然这样做会带来较大的误差,但可以通过读入分频计数器余下的值来克服。

    单片机包括的接口有数据存贮器。显示器键盘,打印机及串行接口。选用8155作为显示器,键盘接口,同时利用8155的256字节内存作数据存贮器,程序存贮器,程序存贮用EPROM2764。

    软件可由三部分组成,第一部分为监控管理,主要完成键盘管理、显示器控制等。输入的参数有声速、年月日、及查询与执行命令,显示的内容有:测量值、测量次数、量大值、最小值、平均值等。第二部分为测量部分,主要内容有:设T0为定时器,T1为计数器,并发T0的同步发射脉冲,响应外中断INT1的测量结束信号,以及数据处理。第三部分为运算部分,由于采用的是32位浮点数运算,所以各种运算子程序,数制转换子程序等都属此类。

    3 采取的一些措施

    1)多次来场求结果:由于干扰及其他外界因素,厚度方波的脉冲个数有随机误差,采用多次测量取来均值作为最后结果,可滤掉随机误差。并且因为其测量速度很快,响亮不会影响测量速度。