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單片機(jī)在超聲波測厚儀中的應(yīng)用

2010年08月20日 16:29:52人氣:769來源:廣州市駿凱電子科技有限公司

單片機(jī)在超聲波測厚儀中的應(yīng)用
1 超聲波測厚原理
超聲波測厚原理如圖1所示.探頭在發(fā)射電路的激勵下發(fā)出超聲波,超聲波在探頭內(nèi)傳播媒介表面產(chǎn)生的接收脈沖為 ,在被測物體表面和底面產(chǎn)生的接收脈沖分別為 ,和B。.利用和B 由接收電路產(chǎn)生一厚度方渡,該方渡所占的時(shí)間 與超聲波在被測物體中的傳播速率 之積就是厚體值.通常用數(shù)字電路來測量t,即由晶振產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖,與厚度方渡相“與 ,剛產(chǎn)生由脈沖個數(shù)表示的厚度值.這樣就可用數(shù)字電路或微機(jī)去處理測量結(jié)果.

2 測厚儀應(yīng)用單片機(jī)的工作原理 
測厚儀是由單片機(jī)、發(fā)射電路、接收電路、探頭、分頻計(jì)敷器及晶撅組成,如圖2所示.開始測量時(shí),單片機(jī)8031的7 作定時(shí)器用,作為整個測量系統(tǒng)的時(shí)標(biāo).只要7 定時(shí)時(shí)問一到,就產(chǎn)生一方渡信號去激發(fā)發(fā)射電路,使發(fā)射電路驅(qū)動探頭,產(chǎn)生一發(fā)射超聲波.該發(fā)射渡經(jīng)過物體時(shí),就產(chǎn)生了表面與底面反射渡 ,與且, 與鼠經(jīng)探頭接收,轉(zhuǎn)化為電信號由接收電路處理.接收電路主要由前置放大器與一 觸發(fā)器組成, ,與B經(jīng)過前置放大器后,放大幅值并毽掉干擾,驗(yàn)電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計(jì)| 電力測量儀| 光度計(jì)| 電壓計(jì)| 電流計(jì)| 然后送給^觸發(fā)器的置“I 與清“0 端,在主時(shí)鐘的作用下,以觸發(fā)器根據(jù) ,與且產(chǎn)生一厚度方渡.厚度方渡與晶振相與后,產(chǎn)生數(shù)字脈沖個數(shù),并經(jīng)過分頻計(jì)數(shù)人分頻后進(jìn)給8031的計(jì)數(shù)器T。 由T 的計(jì)數(shù)值上晶振周期和超聲波速率,就得到了厚度值并顯示,從而完成了一次測厚過程.
使用分頻計(jì)數(shù)器的原因是為了使晶振頻率與8031的計(jì)數(shù)率相適應(yīng).因?yàn)榫д裢ǔ_x取10 MHz以便提高精度,而8031的計(jì)數(shù)率是很低的.當(dāng)然,這樣做會帶來較大的誤差,但可以通過讀人分頻計(jì)數(shù)器余下的值來克服.
圍2 測厚儀原理圖
由單片機(jī)管理數(shù)據(jù)存貯器、程序存貯器、顯示器、鍵盤、 打印機(jī)等.選用8155作為顯示器、鍵盤接口,同時(shí)利用8155的256字節(jié)內(nèi)存作數(shù)據(jù)存貯器和程序存貯器,程序存貯用EPROM 2764.
軟件由三部分組成,*部分為監(jiān)控管理,主要完成鍵盤管理、顯示器控{II等.輸人的參數(shù)有聲速、年月日以及查詢與執(zhí)行命令;顯示的內(nèi)容有:測量值、測量次數(shù)、zui大值、zui小值、平均值等.第二部分為測量部分,主要內(nèi)容有:設(shè) 為定時(shí)器,71 為計(jì)數(shù)器,并發(fā) 的同步發(fā)射脈沖,響應(yīng)外中斷INT1的測量結(jié)柬信號以及數(shù)據(jù)處理.第三部分為運(yùn)算部分,由于采用的是32位浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算,所以各種運(yùn)算子程序,敷{II轉(zhuǎn)換子程序等都屬此類.測速儀| 轉(zhuǎn)速表| 壓力表|  露點(diǎn)儀| 亮度計(jì)| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計(jì)| 粒子計(jì)數(shù)器| 粉塵計(jì)|
3 采取的一些措施
3.1 當(dāng)次平均求結(jié)果

由于干擾及其他外界因素,厚度方波的脈沖個數(shù)有隨機(jī)誤差.采用多次測量取平均值作為zui后結(jié)果,可濾掉隨機(jī)誤差.因?yàn)橐淮螠y量速度很快,故不會影響測量速度.
3 2 自動調(diào)零
從圖1中可看到,發(fā)射脈沖與表面波s問有一延時(shí),這是超聲渡在探頭中的延對.在棚量中,需去掉這一段時(shí)間,這叫調(diào)零.一般的作法是由一標(biāo)準(zhǔn)塊來測量,通過調(diào)節(jié)電位器使顯示的值與標(biāo)準(zhǔn)塊值相同即可,用單片機(jī)后就不用電位器調(diào)節(jié)了,只要找出差值,以后顯示減去差值,就實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)零.
3.3 非線性技正
因?yàn)槌暥傻奈锢硖匦?,波在物體內(nèi)傳播不會是非常準(zhǔn)確的勻速.這樣甩時(shí)間速率得到的厚度就有誤差,這可以用標(biāo)準(zhǔn)試塊校正,將校正的結(jié)果編人軟件,就可自動校正非線性的誤差.
4 結(jié)束語
把單片機(jī)應(yīng)用于超聲波測厚儀中,減少了工作人員的勞動強(qiáng)度,避免了人為誤差,實(shí)
現(xiàn)了自動記錄,提高了精度,并能與系統(tǒng)機(jī)串行通訊,可對材料作進(jìn)一步的評價(jià),而且體
積功耗都不大,具有實(shí)用價(jià)值.

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