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上海島韓實(shí)業(yè)有限公司

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上海島韓實(shí)業(yè)有限公司

聯(lián)系人：: 金月仙

地址：: 上海奉賢區(qū)江海工業(yè)區(qū)江海中心路744號(hào)（科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)園一號(hào)樓）

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商鋪：: http://m.jjhengye.com/st28187/

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索特超聲測(cè)厚儀的智能化設(shè)計(jì)

2013-1-23　　

　　索特超聲波測(cè)量厚儀根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進(jìn)行厚度測(cè)量的，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭，通過測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來確定被測(cè)材料的厚度。凡能使超聲波以一恒定速度在其內(nèi)部傳播的各種材料均可采用此原理測(cè)量，如金屬類、塑料類、陶瓷類、玻璃類。廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。
　　
　　索特超聲波測(cè)厚儀的智能化設(shè)計(jì)
　　
　　非智能化單元由6部分構(gòu)成，首先由發(fā)射脈沖振蕩器產(chǎn)生頻率2kHz的方波，送給發(fā)射脈沖整形放大電路，使其變成脈沖寬度3μs，幅度為100V的窄脈沖去驅(qū)動(dòng)超聲波探頭，超聲波探頭將電脈沖轉(zhuǎn)變成超聲波束射入被測(cè)物體，在被測(cè)物體底面發(fā)生反射，反射波又被超聲波探頭接收并轉(zhuǎn)變成電脈沖，但此時(shí)脈沖幅度在傳播和轉(zhuǎn)換過程中已被衰減為幾毫伏。然后，將接收到的反射脈沖送給反射脈沖放大器放大至邏輯電平，同發(fā)射脈沖一起送給閘門發(fā)生電路產(chǎn)生閘門脈沖。閘門脈沖的前沿和后沿分別由發(fā)射脈沖和反射脈沖確定，即閘門寬度為超聲波在被測(cè)物體內(nèi)入射和反射所用的時(shí)間。zui后將閘門脈沖和12.8MHz的時(shí)鐘脈沖送給與門電路。閘門脈沖到來時(shí)，時(shí)鐘脈沖通過與門輸出。閘門脈沖沒來到時(shí)與門無時(shí)鐘脈沖輸出。與門通過的時(shí)鐘脈沖數(shù)可反映被測(cè)物體的厚度，并將其送入智能化單元進(jìn)行相關(guān)處理。
　　
　　單片機(jī)89C51及周圍元件構(gòu)成智能單元，89C51是一種低功耗，內(nèi)含4K字節(jié)快擦寫EPROM的8位單片機(jī)，其指令系統(tǒng)與80C51*兼容。各功能設(shè)計(jì)如下。
　　
　?。?）厚度信號(hào)的采集和輸出顯示
　　
　　二輸入端與門74HC00在閘門脈沖的控制下輸出時(shí)鐘脈沖（閘門脈沖），再經(jīng)CD4520進(jìn)行256分頻后加到單片機(jī)的定時(shí)／計(jì)數(shù)口P3.4，由單片機(jī)進(jìn)行采集。256分頻是完成脈沖數(shù)與厚度值間標(biāo)度變換需要。儀器的測(cè)量采用測(cè)量信號(hào)中斷方式，沒有進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)時(shí)，無中斷信號(hào)發(fā)生。進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)時(shí)，超聲波探頭便收到反射脈沖，閘門發(fā)生器產(chǎn)生閘門脈沖，閘門脈沖送給中斷信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)控制外中斷口P3.2，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行測(cè)量程序，采集閘門脈沖，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，將處理后的厚度信號(hào)由單片機(jī)的P1.1口輸出給ICM7224的輸入端CI，經(jīng)ICM7224計(jì)數(shù)、譯碼后直接驅(qū)動(dòng)4位液晶片（LCD），顯示厚度值。ICM7224是單片CMOS4位計(jì)數(shù)／譯碼／LCD驅(qū)動(dòng)器，本設(shè)計(jì)只使用4個(gè)整數(shù)位、前面的半位不用，使用時(shí)懸空。每位的7段筆劃引腳直接與液晶對(duì)應(yīng)的筆段相連。圖中的BP引腳是背電極驅(qū)動(dòng)端，用于驅(qū)動(dòng)液晶的公共電極。單片機(jī)P1.4、P1.5口輸出控制信號(hào)，控制ICM7224的鎖存和復(fù)位。
　　
　?。?）鍵盤接口
　　
　　圖3－1中K1～K4分別是聲速設(shè)定、厚度標(biāo)定、聲速增、聲速減4個(gè)功能鍵，功能鍵采用中斷掃描方式。沒有鍵按下時(shí)，四輸入端與門CD4082的4個(gè)輸入端和單片機(jī)的P1.0、P1.2、P1.3、P1.6口在上拉電阻R1～R4的作用下呈高電平，CD4082的輸出端也是高電平，無中斷請(qǐng)求。按下某鍵時(shí)，CD4082的某一輸入端被接地，輸出端變成低電平，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，掃描鍵盤，判斷P1.0、P1.2、P1.3、P1.6口電平，確定按下的是哪一個(gè)鍵，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行該鍵功能所賦予的處理程序。
　　
　?。?）開機(jī)和關(guān)機(jī)控制
　　
　　模擬開關(guān)CD4066和按鍵K5構(gòu)成電源開關(guān)電路，按下K5時(shí)，單片機(jī)接通5V電源，開關(guān)控制程序使P3.0口輸出高電平控制CD4066的控制端，使其導(dǎo)通，接續(xù)K5給系統(tǒng)供電。單片機(jī)內(nèi)設(shè)有定時(shí)電路，只要測(cè)厚儀停止測(cè)量，定時(shí)程序開始計(jì)時(shí)，到60s時(shí)，P3.0口變成低電平，CD4066開關(guān)斷開，實(shí)現(xiàn)延時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)。
　　
　?。?）厚度標(biāo)定
　　
　　由于環(huán)境溫度和工作電壓等因素的影響，測(cè)量系統(tǒng)的某些參數(shù)時(shí)常發(fā)生漂移，因此測(cè)量時(shí)應(yīng)對(duì)儀表進(jìn)行厚度標(biāo)定。標(biāo)定操作是用儀器測(cè)量一片5mm厚的標(biāo)準(zhǔn)試塊，若儀器顯示不等于5mm，就應(yīng)進(jìn)行厚度標(biāo)定。老式的測(cè)厚儀是通過調(diào)整電位器旋鈕實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)由厚度標(biāo)定鍵完成，需要標(biāo)定時(shí)，按下厚度標(biāo)定鍵，單片機(jī)執(zhí)行厚度標(biāo)定程序，讓測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)厚度比較，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行加減處理，完成標(biāo)定。
　　
　?。?）聲速設(shè)定
　　
　　超聲波測(cè)厚儀在測(cè)量不同材料的厚度時(shí)，由于超聲波在不同材料里傳播的速度不同，需設(shè)置材料的聲速，例如鋼的聲速5950m／s、鋅的聲速4170m／s。這種操作在老式儀表中是由機(jī)械式3位BCD碼盤開關(guān)和可預(yù)置計(jì)數(shù)器控制閘門次數(shù)完成的，對(duì)聲速高的材料，閘門打開的次數(shù)多，聲速低的材料，閘門打開的次數(shù)少。本設(shè)計(jì)則將鑄鋼、鋼、鋁、紫銅、黃銅、鋅、石英玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯9種典型材料的聲速，以表格形式放入存貯單元，使用時(shí)由聲速設(shè)定鍵選出，然后由單片機(jī)的P1.7口采集發(fā)射脈沖對(duì)其進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，來控制閘門打開的次數(shù)，使聲速設(shè)定的操作十分簡(jiǎn)便。
　　
　　（6）聲速調(diào)整
　　
　　上面提到的9種典型材料的聲速設(shè)定，由聲速設(shè)定鍵選定。測(cè)量非典型材料的厚度時(shí)，聲速的設(shè)置由聲速增、聲速減兩個(gè)功能鍵完成。按下聲速增或聲速減鍵，液晶屏顯示的聲速值呈增減變化，直至調(diào)到我們所需求的聲速為止，此時(shí)聲速調(diào)整程序?qū)⒄{(diào)好的數(shù)值存入聲速存貯單元待用。
　　
　　（7）小數(shù)點(diǎn)控制和上電復(fù)位電路
　　
　　4位液晶屏兼做聲速和厚度兩個(gè)量的顯示，聲速的單位是m／s，例如鋼的聲速是5950m／s，這時(shí)液晶屏不需要顯示小數(shù)點(diǎn)。顯示厚度的單位是mm，分辨率是0.1mm，在測(cè)量10mm厚材料時(shí)液晶屏顯示010.0mm，有小數(shù)點(diǎn)顯示。單片機(jī)的P3.1口用于小數(shù)點(diǎn)控制，顯示聲速時(shí)呈高電平，顯示厚度時(shí)呈低電平，在異或非門CD4077的作用下，控制個(gè)位前小數(shù)點(diǎn)的有無。

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