1樓：神州天地龍
1 引言
由於受早期電子技術的侷限，老式的超聲反射法測厚儀均為純硬體結構，在電氣效能和物理效能等方面都不盡人意。隨著電子技術的不斷進步。尤其是微控制器技術的飛速發展，對超聲波測厚儀的智慧型化改造已成為必然。
採用微控制器設計製作的超聲波測厚儀，可以使測厚儀的厚度標定、聲速設定、聲速調整等操作實現智慧型化，全部測量過程由按鍵開關操作，實現pvc**式結構，同時還可以簡化電路、降低成本、減少功耗。本文將向讀者介紹超聲波反射法測厚儀的工作原理及其智慧型化的設計。
2 超聲反射法測厚儀的工作原理
用超聲波探頭向被測物體發出超聲脈衝，此超聲脈衝便在被測物體內傳播，傳播至被測物體的底面時發出反射，反射回來的超聲波又被超聲波探頭接收。這樣，從超聲波探頭發出超聲脈衝到超聲波探頭接收到反射脈衝所用的時間t可通過電路精確地檢測出來，在t時間內超聲波在被測物體內完成了乙個往返。如果被測物體的厚度用d表示，超聲波的總行程就是2d。
由於聲波在某一物體內傳播的速度c是常數，(例如：鋼的聲速是5950m／s，石英玻璃的聲速是5570m／s)所以被測物體的厚度可由下式算出：
測厚儀的實際工作過程由圖2－1加以說明。首先由電路產生的高電壓窄脈衝t輸送給超聲波探頭、超聲波探頭將高壓電脈衝轉變成同頻率的超聲波脈衝，通過耦合劑傳播至被測物體表面，其中一部分由被測物體表面反射回來，為上表面波s。其餘部分射入被測物體，再從被測物體的底面反射回來，為底面反射波b，反射波b又被超聲波探頭接收並轉換為電訊號送入電路，經放大後同發射脈衝一起送入閘門電路產生閘門脈衝。
當被測物體較厚時，超聲波束在物體內傳播的時間長，產生的閘門脈衝就寬。被測物體較薄時，超聲波束在被測物體內傳播的時間短，產生的閘門脈衝就窄。將閘門脈衝和時鐘脈衝送給與閘電路，由於閘門脈衝的寬度不同，與門輸出的時鐘脈衝數就不同，由此反映被測物體厚度值，將與門輸出的脈衝數經標度變換後送給顯示電路，顯示被測物體的實際厚度。
圖2－1 測厚儀工作過程圖
超聲波探頭採用收發獨立式，其結構示意圖如圖2－2。
圖2－2 超聲波探頭結構示意圖
收發兩部分做在乙個殼體內，中間由隔離層分開。收發兩部分的特性是相同的，使用中可互換。探頭的核心元件是壓電陶瓷晶元，它具有聲電轉換特性。
做為發射使用時，把電路送入的電脈衝轉變成超聲波脈衝。做為接收使用時，又可將接收到的超聲波變成電訊號送回電路。壓電陶瓷晶元兩側的電極分別與同軸電纜的內導體和外導體連線。
3 超聲反射法測厚儀的智慧型化設計
超聲反射法測厚儀智慧型化設計簡化的硬體圖見圖3－1。由於受篇幅的限制，虛線以下的非智慧型單元僅以方框圖作以介紹。虛線以上為智慧型單元將以原理圖的形式詳細討論。
圖3－1 測厚儀硬體圖
非智慧型化單元由6部分構成，首先由發射脈衝振盪器產生頻率2khz的方波，送給發射脈衝整形放大電路，使其變成脈衝寬度3μs，幅度為100v的窄脈衝去驅動超聲波探頭，超聲波探頭將電脈衝轉變成超聲波束射入被測物體，在被測物體底面發生反射，反射波又被超聲波探頭接收並轉變成電脈衝，但此時脈衝幅度在傳播和轉換過程中已被衰減為幾毫伏。然後，將接收到的反射脈衝送給反射脈衝放大器放大至邏輯電平，同發射脈衝一起送給閘門發生電路產生閘門脈衝。閘門脈衝的前沿和後沿分別由發射脈衝和反射脈衝確定，即閘門寬度為超聲波在被測物體內入射和反射所用的時間。
最後將閘門脈衝和12.8mhz的時鐘脈衝送給與閘電路。閘門脈衝到來時，時鐘脈衝通過與門輸出。
閘門脈衝沒來到時與門無時鐘脈衝輸出。與門通過的時鐘脈衝數可反映被測物體的厚度，並將其送入智慧型化單元進行相關處理。
微控制器89c51及周圍元件構成智慧型單元，89c51是一種低功耗，內含4k位元組快擦寫eprom的8位微控制器，其指令系統與80c51完全相容。各功能設計如下。
(1)厚度訊號的採集和輸出顯示
二輸入端與門74hc00在閘門脈衝的控制下輸出時鐘脈衝(閘門脈衝)，再經cd4520進行256分頻後加到微控制器的定時／計數口p3.4，由微控制器進行採集。256分頻是完成脈衝數與厚度值間標度變換需要。
儀器的測量採用測量訊號中斷方式，沒有進入測量狀態時，無中斷訊號發生。進入測量狀態時，超聲波探頭便收到反射脈衝，閘門發生器產生閘門脈衝，閘門脈衝送給中斷訊號發生器產生中斷請求訊號控制外中斷口p3.2，cpu響應中斷，執行測量程式，採集閘門脈衝，對其進行相關的資料處理，將處理後的厚度訊號由微控制器的p1.
1口輸出給icm7224的輸入端ci，經icm7224計數、解碼後直接驅動4位液晶元(lcd)，顯示厚度值。icm7224是單片cmos4位計數／解碼／lcd驅動器，本設計只使用4個整數字、前面的半位不用，使用時懸空。每位的7段筆劃引腳直接與液晶對應的筆段相連。
圖中的bp引腳是背電極驅動端，用於驅動液晶的公共電極。微控制器p1.4 、p1.
5口輸出控制訊號，控制icm7224的鎖存和復位。
(2)鍵盤介面
圖3－1中k1～k4分別是聲速設定、厚度標定、聲速增、聲速減4個功能鍵，功能鍵採用中斷掃瞄方式。沒有鍵按下時，四輸入端與門cd4082的4個輸入端和微控制器的p1.0、p1.
2、p1.3、p1.6口在上拉電阻r1～r4的作用下呈高電平，cd4082的輸出端也是高電平，無中斷請求。
按下某鍵時，cd4082的某一輸入端被接地，輸出端變成低電平，向cpu發出中斷請求，微控制器響應中斷，執行中斷服務程式，掃瞄鍵盤，判斷p1.0、p1.2、p1.
3、p1.6口電平，確定按下的是哪乙個鍵，並轉去執行該鍵功能所賦予的處理程式。
(3)開機和關機控制
模擬開關cd4066和按鍵k5構成電源開關電路，按下k5時，微控制器接通5v電源，開關控制程式使p3.0口輸出高電平控制cd4066的控制端，使其導通，接續k5給系統供電。微控制器內設有定時電路，只要測厚儀停止測量，定時程式開始計時，到60s時，p3.
0口變成低電平，cd4066開關斷開，實現延時自動關機。
(4)厚度標定
由於環境溫度和工作電壓等因素的影響，測量系統的某些引數時常發生漂移，因此測量時應對儀表進行厚度標定。標定操作是用儀器測量一片5mm厚的標準試塊，若儀器顯示不等於5mm，就應進行厚度標定。老式的測厚儀是通過調整電位器旋鈕實現的。
本設計由厚度標定鍵完成，需要標定時，按下厚度標定鍵，微控制器執行厚度標定程式，讓測量結果與標準厚度比較，根據結果進行加減處理，完成標定。
(5)聲速設定
超聲波測厚儀在測量不同材料的厚度時，由於超聲波在不同材料裡傳播的速度不同，需設定材料的聲速，例如鋼的聲速5950m／s、鋅的聲速4170m／s。這種操作在老式儀表中是由機械式3位bcd碼盤開關和可預置計數器控制閘門次數完成的，對聲速高的材料，閘門開啟的次數多，聲速低的材料，閘門開啟的次數少。本設計則將鑄鋼、鋼、鋁、紫銅、黃銅、鋅、石英玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯9種典型材料的聲速，以**形式放入存貯單元，使用時由聲速設定鍵選出，然後由微控制器的p1.
7口採集發射脈衝對其進行減法計數，來控制閘門開啟的次數，使聲速設定的操作十分簡便。
(6)聲速調整
上面提到的9種典型材料的聲速設定，由聲速設定鍵選定。測量非典型材料的厚度時，聲速的設定由聲速增、聲速減兩個功能鍵完成。按下聲速增或聲速減鍵，液晶屏顯示的聲速值呈增減變化，直至調到我們所需求的聲速為止，此時聲速調整程式將調好的數值存入聲速存貯單元待用。
(7)小數點控制和上電復位電路
4位液晶屏兼做聲速和厚度兩個量的顯示，聲速的單位是m／s，例如鋼的聲速是5950m／s，這時液晶屏不需要顯示小數點。顯示厚度的單位是mm，解析度是0.1mm，在測量10mm厚材料時液晶屏顯示010.
0mm，有小數點顯示。微控制器的p3.1口用於小數點控制，顯示聲速時呈高電平，顯示厚度時呈低電平，在異或非門cd4077的作用下，控制個位前小數點的有無。
圖3－1中c1、r5的作用是完成微控制器的上電復位。
4 結束語
超聲反射法測厚儀經智慧型化改造後，收到滿意效果，經部分使用者試用，反應良好，可實現的主要技術指標如下：
(1)顯示方式：4位液晶顯示。
(2)厚度測量範圍：001.0～200.0mm
(3)測量精度：±0.1mm
(4)聲速調整範圍：100～9990m／s
(5)工作電壓：dc 5v
(6)工作電流：8ma
(7)自動關機延時：60s。
2樓：
用一塊待測材質鑄鋼，加工成標準厚度（如15.000mm），然後用測厚儀選擇聲速去擬近厚度，類似校準，即可獲得測量鑄鋼的聲速。
3樓：匿名使用者
測量鑄鋼用聲速用5900m/s！但一定要使用對應的材質的試快，用已知厚度比對才能準確，
超聲波測厚儀可以測量鑄鋼厚度嗎？
4樓：
用一塊待測材質鑄鋼，加工成標準厚度（如15.000mm），然後用測厚儀選擇聲速去擬近厚度，類似校準，即可獲得測量鑄鋼的聲速。
5樓：匿名使用者
可以，和晶粒無關，需調好聲程及發射頻率。
超聲波測厚儀用不鏽鋼波段測量碳鋼厚度會出現什麼情況
6樓：匿名使用者
兩種聲速不一樣測出來誤差會比校大，可以直接找廠家（比如廣州東儒）問問，直接拿兩種材質測試下不就知道啥情況了，嘻嘻~~
造成超聲波塗層測厚儀測量不準確是什麼原因呢？
7樓：扶瀾微步
這是我多次不推薦的原因
首先是介面不清楚，反射波動不穩定
然後是塗層中聲速不確定，不穩定
是誤差的重要原因
8樓：微言悚聽
超聲波測厚儀測量不準確的原因分析如下：
1、聲速選擇錯誤。測量工件前，根據材料種類預置其聲速或根據標準塊反測出聲速。當用一種材料校正儀器後(常用試塊為鋼)又去測量另一種材料時，將產生錯誤的結果。
2、溫度的影響。一般固體材料中的聲速隨其溫度公升高而降低，有試驗資料表明，熱態材料每增加100°c，聲速下降1%。對於高溫在役裝置常常碰到這種情況。
3、層疊材料、復合(非均質)材料。
超聲波測厚儀要測量未經耦合的層疊材料是不可能的，因超聲波無法穿透未經耦合的空間，而且不能在復合(非均質)材料中勻速傳播。
對於由多層材料包紮製成的裝置(像尿素高壓裝置)，測厚時要特別注意，超聲波測厚儀的示值僅表示與探頭接觸的那層材料厚度。
4、超聲波測厚儀耦合劑的影響。
耦合劑是用來排除探頭和被測物體之間的空氣，使超聲波能有效地穿入工件達到檢測目的。
如果選擇種類或使用方法不當，將造成誤差或耦合標誌閃爍，無法測量。實際使用中由於耦合劑使用過多，造成探頭離開工件時，儀器示值為耦合劑層厚度值。
5、被測物體(如管道)內有沉積物，當沉積物與工件聲阻抗相差不大時，超聲波測厚儀顯示值為壁厚加沉積物厚度。
6、金屬表面氧化物或油漆覆蓋層的影響。
金屬表面產生的緻密氧化物或油漆防腐層，雖與基體材料結合緊密，無名顯介面，但聲速在兩種物質中的傳播速度是不同的，從而造成誤差，且隨覆蓋物厚度不同，誤差大小也不同。
7、超聲波測厚儀應力的影響。
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