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研制測厚儀遇到的關(guān)鍵問題

文章出處：河北雷納檢測科技有限公司瀏覽量：1005發(fā)表時(shí)間：2017/8/4

研制測厚儀遇到的關(guān)鍵問題

1　往返時(shí)間的測量往返時(shí)間的測量有以下三種方法：

(1)測量發(fā)射波T與第一次底波B1之間的時(shí)間;

(2)測量第一次底波B1與第二次底波B2之間的時(shí)間;

(3)測量其后任意兩相鄰波之間的時(shí)間。

以上三種測量方式的選擇可以通過不同的電路來實(shí)現(xiàn)，但它們對儀器的性能有很大的影響。如果選擇第一種測量方法，則因發(fā)射脈沖幅度特別大，且種測量方法，由于脈寬窄，能探測薄的材料，此時(shí)若用高頻探頭(10MHz)，就能探測更薄的材料，因而拓寬了儀器測量下限。如果選擇第三種測量方法，效果和第二種不相上下，但數(shù)據(jù)采集較困難，且雜波較多。第二和第三種測量方法的測量電路較復(fù)雜，成本較高。我們在研制過程中，考慮到量程要求，采用了第二種測量方法。為了方便實(shí)現(xiàn)電路，我們在發(fā)射超聲波的同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)數(shù)門，由門脈沖控制計(jì)數(shù)的起始位置。

2　高速數(shù)據(jù)采集由于探頭工作頻率最高為5MHz，按照采樣定理，數(shù)據(jù)采集速度需在10MHz以上，通常選擇為工作最高頻率的4～5倍最好，本系統(tǒng)中使用的采樣頻率為50MHz。儀器的精度也和數(shù)據(jù)采集速度密切相關(guān)，例如，鋼在聲波縱波的傳播速度為5900m/ s，在一個(gè)周期內(nèi)通過的折反距離為147(mm)(2) 所以儀器的測量精度基本能滿足要求，然后再采取一些其它補(bǔ)償措施，例如自動(dòng)校準(zhǔn)補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償?shù)龋箖x器的精度達(dá)到0.01mm。

3　計(jì)數(shù)問題在硬件設(shè)計(jì)中，我們始終以小型化為標(biāo)準(zhǔn)，盡量減少硬件數(shù)量，所以單片機(jī) 選用美國ATMEL公司生產(chǎn)的高性能AT89C51-20PC的單片機(jī)，片內(nèi)有E2PROM，采用電擦除方式，程序修改方便，內(nèi)存容量足夠，不增加任何外圍設(shè)備。而計(jì)數(shù)器采用三態(tài)輸出的8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC590一片。但儀器要求測量上限為200mm，因此計(jì)數(shù)上限為：通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)只用一片8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC590是不能滿足計(jì)數(shù)要求的。所以在設(shè)計(jì)中為了避免74HC590的級聯(lián)，設(shè)計(jì)中用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器T0也參與計(jì)數(shù)。但單片機(jī)的計(jì)數(shù)器的最高頻率一般僅為振蕩頻率的1/24，即在單片機(jī)外接12MHz 晶振時(shí)，計(jì)數(shù)的最高頻率為0.5MHz，而74HC590的進(jìn)位信號(hào)為一個(gè)與計(jì)數(shù)時(shí)鐘同頻的脈沖，因此單片機(jī)無法對其進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了解決這個(gè)問題，把T0腳接到74HC590的最高輸出端，對計(jì)數(shù)時(shí)鐘進(jìn)行28分頻后計(jì)數(shù)，這樣，當(dāng)T0工作于方式1，則總計(jì)數(shù)值可以到28+16=224。

4　多功能的體現(xiàn)多功能主要由AT89C51-20PC的軟件處理的實(shí)現(xiàn)及更換不同探頭及達(dá)到不同測量范圍來體現(xiàn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)體積小，便于攜帶在電路中的除了選用低功耗的單片機(jī)外，器件盡量使用CMOS集成電路。由于儀器中很多元件都有特殊要求，特別是高頻、高壓、低噪等的特殊器件，盡量使用MAXIM公司貼片式芯片。

(2)操作簡單整個(gè)操作鍵僅五個(gè)，不需任何操作訓(xùn)練。

(3)自動(dòng)校準(zhǔn)

　要想得到精確的測量結(jié)果還必須修正由于探頭接觸測試件所引起的接觸滯后及其它裝配所引起的滯后，我們采用下列公式來進(jìn)行修正　D=V(t-Tn)/2 式中，Tn為初值補(bǔ)償系數(shù)。我們在儀器中采用自動(dòng)設(shè)置補(bǔ)償系數(shù)達(dá)到自動(dòng)校準(zhǔn)目的。

(4)測量狀態(tài)顯示可由儀器提示是測材料厚度還是測聲速。如測聲速則輸入厚度值;如測厚度則首先進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)后即可測量。還可通過顯示屏上的顯示符號(hào)可知當(dāng)前測厚儀是處于哪一種測量狀態(tài)，提示操作者。

(5)耦合狀態(tài)顯示如果在測量操作中，測量探頭和工作面耦合得不好，立即會(huì)有一個(gè)符號(hào)提示操作者。

(6)背光顯示在液晶顯示器下有一個(gè)背光條，便于在光線不好的工作現(xiàn)場操作時(shí)打開背光。7)公英制轉(zhuǎn)換主要考慮到測量顯示單位和國際儀器單位接軌。

(8)上、下限報(bào)警操作員可根據(jù)自己的需要設(shè)置上、下限報(bào)警值，若超出此值，儀器自動(dòng)報(bào)警。

(9)數(shù)據(jù)保存每次開機(jī)時(shí)自動(dòng)保持上一此測量結(jié)果。

(10)電源電壓不足顯示儀器電源由于采用的是干電池，電路除了采用低功耗的器件外，電源設(shè)計(jì)成斷續(xù)小電流工作方式，探頭未接觸樣品時(shí)，儀器僅工作在維持啟動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)探頭接觸樣品時(shí)，電路才開始工作。在使用一段時(shí)間后，若電源電壓不足時(shí)，為防止誤操作，儀器自動(dòng)提醒使用者。

(11)更換不同探頭，實(shí)現(xiàn)不同測量范圍

超聲波測厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進(jìn)行厚度測量的，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭通過精確測量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來確定被測材料的厚度。凡能使超聲波以一恒定速度在其內(nèi)部傳播的各種材料均可采用此原理測量。

1、概述

FT110是智能型超聲波測厚儀，采用最新的高性能、低功耗微處理器技術(shù)，基于超聲波測量原理，可以測量金屬及其它多種材料的厚度，并可以對材料的聲速進(jìn)行測量。可以對生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器進(jìn)行厚度測量，監(jiān)測它們在使用過程中受腐蝕后的減薄程度，也可以對各種板材和各種加工零件作精確測量。本儀器可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。

2、主要功能

1、適合測量金屬(如鋼、鑄鐵、鋁、銅等)、塑料、陶瓷、玻璃、玻璃纖維及其他任何超聲波的良導(dǎo)體的厚度；

2、可配備多種不同頻率、不同晶片尺寸的雙晶探頭使用；

3、具有探頭零點(diǎn)校準(zhǔn)、兩點(diǎn)校準(zhǔn)功能,可對系統(tǒng)誤差進(jìn)行自動(dòng)修正；

4、已知厚度可以反測聲速，以提高測量精度；

5、具有耦合狀態(tài)提示功能；

6、有EL背光顯示，方便在光線昏暗環(huán)境中使用；

7、有剩余電量指示功能，可實(shí)時(shí)顯示電池剩余電量；

8、具有自動(dòng)休眠、自動(dòng)關(guān)機(jī)等節(jié)電功能；

9、小巧、便攜、可靠性高，適用于惡劣的操作環(huán)境，抗振動(dòng)、沖擊和電磁干擾；

3、技術(shù)參數(shù)

1、顯示方法：高對比度的段碼液晶顯示，高亮度EL背光；