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技術(shù)文章

關(guān)于測(cè)厚儀幾個(gè)問(wèn)題分析

閱讀：1309發(fā)布時(shí)間：2008-10-10

    1.往返時(shí)間的測(cè)量 
    往返時(shí)間的測(cè)量有以下三種方法： 
　　（1）測(cè)量發(fā)射波T與*次底波B1之間的時(shí)間； 
　　（2）測(cè)量*次底波B1與第二次底波B2之間的時(shí)間； 
    （3）測(cè)量其后任意兩相鄰波之間的時(shí)間。 
　　以上三種測(cè)量方式的選擇可以通過(guò)不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但它們對(duì)儀器的性能有很大的影響。如果選擇*種測(cè)量方法，則因發(fā)射脈沖幅度特別大，且種測(cè)量方法，由于脈寬窄，能探測(cè)薄的材料，此時(shí)若用高頻探頭（10MHz），就能探測(cè)更薄的材料，因而拓寬了儀器測(cè)量下限。如果選擇第三種測(cè)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(cè)量方法的測(cè)量電路較復(fù)雜，成本較高。我們?cè)谘兄七^(guò)程中，考慮到量程要求，采用了第二種測(cè)量方法。為了方便實(shí)現(xiàn)電路，我們?cè)诎l(fā)射超聲波的同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)數(shù)門(mén)，由門(mén)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zui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zui高頻率的4～5倍，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(guò)的折反距離為147（mm）（2） 
　　所以?xún)x器的測(cè)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(wèn)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(guó)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(cè)量上限為200mm，因此計(jì)數(shù)上限為： 
    通過(guò)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(jí)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zui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zui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(wú)法對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，把T0腳接到74HC590的zui高輸出端，對(duì)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(cè)量范圍來(lái)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(jiǎn)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) 
　　如（1）式所示，要想得到的測(cè)量結(jié)果還必須修正由于探頭接觸測(cè)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(lái)進(jìn)行修正： 
    D＝V（t－Tn）／2（4） 
　　式中，Tn為初值補(bǔ)償系數(shù)。我們?cè)趦x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(cè)量狀態(tài)顯示 
    可由儀器提示是測(cè)材料厚度還是測(cè)聲速。如測(cè)聲速則輸入厚度值；如測(cè)厚度則首*行自動(dòng)校準(zhǔn)后即可測(cè)量。還可通過(guò)顯示屏上的顯示符號(hào)可知當(dāng)前測(cè)厚儀是處于哪一種測(cè)量狀態(tài)，提示操作者。 
    （5）耦合狀態(tài)顯示 
　　如果在測(cè)量操作中，測(cè)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(chǎng)操作時(shí)打開(kāi)背光。 
    （7）公英制轉(zhuǎn)換 
　　主要考慮到測(cè)量顯示單位和儀器單位接軌。 
    （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(kāi)機(jī)時(shí)自動(dòng)保持上一此測(cè)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(kāi)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(cè)量范圍。

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