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單片機在超聲波測厚儀中的應用

來源:深圳市鑫歐野儀器有限公司   2011年10月20日 14:36  

單片機在超聲波測厚儀中的應用


1
超聲波測厚儀原理


       超聲波測厚儀原理如圖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)字電路或微機去處理測量結(jié)果.

2 測厚儀應用單片機的工作原理 

       超聲波測厚儀是由單片機、發(fā)射電路,、接收電路,、探頭、分頻計敷器及晶撅組成,,如圖2所示.開始測量時,,單片機8031的7 作定時器用,作為整個測量系統(tǒng)的時標.只要7 定時時問一到,,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,,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,,驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量儀| 光度計| 電壓計| 電流計| 然后送給^觸發(fā)器的置“I 與清“0 端,在主時鐘的作用下,,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)過分頻計數(shù)人分頻后進給8031的計數(shù)器T,。 由T 的計數(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.


       使用分頻計數(shù)器的原因是為了使晶振頻率與8031的計數(shù)率相適應.因為晶振通常選取10 MHz以便提高精度,,而8031的計數(shù)率是很低的.當然,這樣做會帶來較大的誤差,,但可以通過讀人分頻計數(shù)器余下的值來克服.


圍2超聲波測厚儀原理圖


       由單片機管理數(shù)據(jù)存貯器,、程序存貯器、顯示器,、鍵盤,、 打印機等.選用8155作為顯示器、鍵盤接口,同時利用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 為定時器,71 為計數(shù)器,,并發(fā) 的同步發(fā)射脈沖,,響應外中斷INT1的測量結(jié)柬信號以及數(shù)據(jù)處理.第三部分為運算部分,由于采用的是32位浮點數(shù)運算,,所以各種運算子程序,,敷{II轉(zhuǎn)換子程序等都屬此類.測速儀| 轉(zhuǎn)速表| 壓力表|  露點儀| 亮度計| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計| 粒子計數(shù)器| 粉塵計|


3 采取的一些措施
3.1 當次平均求結(jié)果


       由于干擾及其他外界因素,厚度方波的脈沖個數(shù)有隨機誤差.采用多次測量取平均值作為zui后結(jié)果,,可濾掉隨機誤差.因為一次測量速度很快,,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,,這是超聲渡在探頭中的延對.在棚量中,,需去掉這一段時間,這叫調(diào)零.一般的作法是由一標準塊來測量,,通過調(diào)節(jié)電位器使顯示的值與標準塊值相同即可,,用單片機后就不用電位器調(diào)節(jié)了,只要找出差值,,以后顯示減去差值,,就實現(xiàn)了自動調(diào)零.


3.3 非線性技正


       因為超聲波測厚儀的物理特性,波在物體內(nèi)傳播不會是非常準確的勻速.這樣甩時間速率得到的厚度就有誤差,,這可以用標準試塊校正,,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


       把單片機應用于超聲波測厚儀中,,減少了工作人員的勞動強度,,避免了人為誤差,實現(xiàn)了自動記錄,,提高了精度,并能與系統(tǒng)機串行通訊,,可對材料作進一步的評價,,而且體積功耗都不大,,具有實用價值.

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