便携式超声波厚度测量仪系统的设计　

便携式超声波测厚仪接入电源后，要进行仪器系统的初始化，计数器和液晶LCD12864显示屏清零。此时，按下“确认”按键，系统进入工作状态，发射电路(即发射探头)开始工作，产生一个频率大小为40kHz的超声波，同时，系统的计数器开始运行，此时，发射电路停止工作，一段时间过去后，接收探头启动，当接收电路收到超声波的反射信号时，计数器停止计数，并进入中断程序;在中断程序中，系统将计数值转换成厚度值，由LCD12864显示实际测量厚度值，此时，计数器清零，完成一次测量过程。

多次重复以上步骤，记录数据计算平均值。实现实时检测厚度的要求，在检测过程中，若按下“记录”按键，可以把仪器此刻所显示的数值及测量信息记录下来并在液晶屏上显示，并且不会影响系统的实时检测。总程序设计框图如图6所示。

3.1 超声波发射程序设计

在测厚仪的测量过程中，超声波的生成是其关键的一步，如果发射电路不运行，此时，系统就难以工作。当初始化完成后，系统进入待机状态，当测量系统检测到“启动”按键按下后，单片机控制电路会送给NE555芯片一个启动信号，产生40kHz的脉冲信号，送到驱动电路，可以生成40kHz的方波信号，驱动超声波发射探头产生超声波信号。超声波发射程序设计框图如7图所示。

3.2 中断程序设计

当系统的接收探头接收到超声波的反射波信号时，此时，系统进入中断状态。中断程序中，首先将计数结果赋值给变量num，再根据计数值计算距离值，考虑到盲区的等待^[9-10]，因此，超声波从发射到接收的总用时需要加上盲区等待的时间，通过计算得到厚度值。最后将实际测量厚度数值通过LCD12864液晶显示屏显示。中断程序设计框图如8图所示。

4 测试实验

在测试实验中，本文选择普通钢作为测试对象，分别对厚度为20mm、50mm和100mm的钢体进行测试，得到测试结果如表1所示。

需要强调的是，上述测试数据均是盲区修正之后的值^[11]。通过对表格中的数据分析可知，在测试实验中，本文所设计的厚度测量仪的测量相对误差基本保持在±1%以内。

5 结论

本课题设计的便携式超声波测厚仪不但体积小，便于携带，同时，测量精度高，具备对测量数据定时存储、查看和通信的功能。本文通过多次测量计算平均值，最终数据表明测量系统误差小，可以满足实际测量需要，具有很好的工程实用价值。 在调试过程中，尽管选用的双晶直探头存在灵敏度高、盲区较小等诸多优点，但是也存在不可避免的缺点，例如，随着使用次数的增加，探头表面容易磨损，进而影响测量结果的精度，所以在测量时需要对探头加固，通过实际测量加固后的误差情况，最后确定选择加固的材料，以硬度较高金属材料较宜。其次，测量的精度还与测量物件的材质、平整度等相关，如果在某次测量中出现异常读数，也需要从这几点进行考虑，这都需要大量的实验验证，超声波探头是影响测量精度至关重要的因素，随着制造工艺的提升，相信超声波测量误差将会进一步减小。

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本文来源于《电子产品世界》2017年第5期第54页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。