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單片機在超聲波測厚儀中的應(yīng)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(yīng)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(biāo).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(yīng).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(dāng)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(shè) 為定時器,71 為計數(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(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(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(zhǔn)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(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
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把單片機應(yīng)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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