研制测厚仪遇到的关键问题
研制测厚仪遇到的关键问题
1 往返时间的测量 往返时间的测量有以下三种方法：
(1)测量发射波T与第一次底波B1之间的时间;
(2)测量第一次底波B1与第二次底波B2之间的时间;
(3)测量其后任意两相邻波之间的时间。
以上三种测量方式的选择可以通过不同的电路来实现，但它们对仪器的性能 有很大的影响。如果选择第一种测量方法，则因发射脉冲幅度特别大，且种测量 方法，由于脉宽窄，能探测薄的材料，此时若用高频探头(10MHz)，就能探测更薄的材料，因而拓宽了仪器测量下限。如果选择第三种测量方法，效果和第二种 不相上下，但数据采集较困难，且杂波较多。第二和第三种测量方法的测量电路 较复杂，成本较高。我们在研制过程中，考虑到量程要求，采用了第二种测量方 法。为了方便实现电路，我们在发射超声波的同时设计了一个计数门，由门脉冲控制计数的起始位置。
2 高速数据采集 由于探头工作频率最高为5MHz，按照采样定理，数据采集速度需在10MHz以上，通常选择为工作最高频率的4～5倍最好，本系统中使用的采样频率为50MHz。仪 器的精度也和数据采集速度密切相关，例如，钢在声波纵波的传播速度为5900m/ s，在一个周期内通过的折反距离为147(mm)(2) 所以仪器的测量精度基本能满足要求，然后再采取一些其它补偿措施，例如 自动校准补偿、软件补偿等，使仪器的精度达到0.01mm。
3 计数问题在硬件设计中，我们始终以小型化为标准，尽量减少硬件数量，所以单片机 选用美国ATMEL公司生产的高性能AT89C51-20PC的单片机，片内有E2PROM，采用 电擦除方式，程序修改方便，内存容量足够，不增加任何外围设备。而计数器采用三态输出的8位二进制计数器74HC590一片。但仪器要求测量上限为200mm，因此 计数上限为： 通过计算发现只用一片8位二进制计数器74HC590是不能满足计数要求的。所 以在设计中为了避免74HC590的级联，设计中用单片机内部计数器T0也参与计数。 但单片机的计数器的最高频率一般仅为振荡频率的1/24，即在单片机外接12MHz 晶振时，计数的最高频率为0.5MHz，而74HC590的进位信号为一个与计数时钟同频的脉冲，因此单片机无法对其进行计数。为了解决这个问题，把T0脚接到74HC590的最高输出端，对计数时钟进行28分频后计数，这样，当T0工作于方式1，则总计数值可以到28+16=224。
4 多功能的体现多功能主要由AT89C51-20PC的软件处理的实现及更换不同探头及达到不同测 量范围来体现。主要表现在以下几个方面：
(1)体积小，便于携带 在电路中的除了选用低功耗的单片机外，器件尽量使用CMOS集成电路。由于 仪器中很多元件都有特殊要求，特别是高频、高压、低噪等的特殊器件，尽量使 用MAXIM公司贴片式芯片。
(2)操作简单整个操作键仅五个，不需任何操作训练。
(3)自动校准
要想得到精确的测量结果还必须修正由于探头接触测试件所 引起的接触滞后及其它装配所引起的滞后，我们采用下列公式来进行修正 D=V(t-Tn)/2 式中，Tn为初值补偿系数。我们在仪器中采用自动设置补偿系数达到自动校 准目的。
(4)测量状态显示 可由仪器提示是测材料厚度还是测声速。如测声速则输入厚度值;如测厚度 则首先进行自动校准后即可测量。还可通过显示屏上的显示符号可知当前测厚仪 是处于哪一种测量状态，提示操作者。
(5)耦合状态显示如果在测量操作中，测量探头和工作面耦合得不好，立即会有一个符号提示 操作者。
(6)背光显示在液晶显示器下有一个背光条，便于在光线不好的工作现场操作时打开背光 。7)公英制转换主要考虑到测量显示单位和国际仪器单位接轨。
(8)上、下限报警操作员可根据自己的需要设置上、下限报警值，若超出此值，仪器自动报警 。
(9)数据保存每次开机时自动保持上一此测量结果。
(10)电源电压不足显示仪器电源由于采用的是干电池，电路除了采用低功耗的器件外，电源设计成 断续小电流工作方式，探头未接触样品时，仪器仅工作在维持启动状态，当探头 接触样品时，电路才开始工作。在使用一段时间后，若电源电压不足时，为防止 误操作，仪器自动提醒使用者。
(11)更换不同探头，实现不同测量范围
超声波测厚仪是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。凡能使超声波以一恒定速度在其内部传播的各种材料均可采用此原理测量。
1、概述
FT110是智能型超声波测厚仪，采用最新的高性能、低功耗微处理器技术，基于超声波测量原理，可以测量金属及其它多种材料的厚度，并可以对材料的声速进行测量。可以对生产设备中各种管道和压力容器进行厚度测量，监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度，也可以对各种板材和各种加工零件作精确测量。本仪器可广泛应用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域。
2、主要功能
1、适合测量金属(如钢、铸铁、铝、铜等)、塑料、陶瓷、玻璃、玻璃纤维及其他任何超声波的良导体的厚度；
2、可配备多种不同频率、不同晶片尺寸的双晶探头使用；
3、具有探头零点校准、两点校准功能,可对系统误差进行自动修正；
4、已知厚度可以反测声速，以提高测量精度；
5、具有耦合状态提示功能；
6、有EL背光显示，方便在光线昏暗环境中使用；
7、有剩余电量指示功能，可实时显示电池剩余电量；
8、具有自动休眠、自动关机等节电功能；
9、小巧、便携、可靠性高，适用于恶劣的操作环境，抗振动、冲击和电磁干扰；
3、技术参数
1、显示方法：高对比度的段码液晶显示，高亮度EL背光；
2、测量范围：0.75～300mm（钢中），公制与英制可选择；
3、声速范围：1000~9999 m/s：
4、分 辨 率：0.1mm
5、示值精度：±（1%H+0.1）mm H为被测物实际厚度
6、测量周期：单点测量时4次/秒、扫描模式10次/秒；
7、存储容量：可存储20组（每组最多99个测量值）厚度测量数据。
8、工作电压：3V（2节AA尺寸碱性电池串联）
9、持续工作时间：约100小时（不开背光时）
10、外形尺寸：150×74×32 mm
11、整机重量：245g
