超声波硬度计的测试原理

采用“分段直线拟合”法，通过计算机利用高级语言对若干对原始试验数据用最小二乘法处理，找出最佳分割点f1，f2，并归纳出各段的线性函数：yi=aix+bi如图5b所示)。其中测试时，微处理器将所测得的频率与预先设置好的分割点f1和f2比较，测出该瞬时频率所在的区域，然后将该频率值代入该段函数关系式，即可得到硬度值。

4.2面向标准试块的校准

超声传感器测头由于制造工艺等方面的因素，相互间存在一定的差异，而用软件设计的逼近曲线则是固定的，这势必会造成误差。系统设计时对这一问题作了必要的考虑，即可以通过键盘上的“+0.1”、“-0.1”、“+1”、“-1”补偿修正键输入校准值，微处理器对原始逼近曲线进行修正，以实现新的最佳逼近(如图5c所示)。原理如下：　　假定各段直线误差为 , 2, 3,曲线修正过程为：通过键盘将各段截距加上 , 2,或 ,微处理器按下式找出新的分割点f3111,f2。其中，b2、b3为校准后的截距值，f2为修正后的分割点，f1的寻找基于同一原理。每按一次校准键，微处理器执行一次修正程序，每次都找出一组新的y1,y2,y3和f1,f2.当然，如果分割点取3个以上精度会更高，但软件的复杂程度也随之提高。实践证明我们采用的这种处理方法，其精度足以满足工程上的一般需要。

这种校准方法还有效地解决了测头在很宽温度范围内工作时本身的频率“偏移”问题，因此，每次正式测量之前，只要用标准试块进行校准，就可以获得很高的精度。

5　结论

采用超声传感器研制的智能硬度计具有以下特点：

(1)以单片微处理器89C为核心，实现了软硬件统一优化设计，充分发挥软件资源对测试信号进行分析、加工，自动检测系统各模块功能，自动剔除错误信息和坏值，保证了每次测量结果的正确性。

(2)实现了硬件软化，增加了许多新功能，如多点测量平均，结果打印，布、洛、韦转换等。尤其是非线性直线拟合及面向标准试块校准等智能技术的应用，使系统精度明显提高，分辨率为0.1HRC,实测精度达0.5HRC.

(3)集成度高，结构紧凑，硬软件都采取必要的抗干扰措施，能在较恶劣的环境下可靠工作。该硬度计交直流两用，以适合野外作业。