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測(cè)厚儀研制中3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的研究
2013-04-05
1 往返時(shí)間的測(cè)量
往返時(shí)間的測(cè)量有以下三種方法：
?。?）測(cè)量發(fā)射波T與第一次底波B1之間的時(shí)間；
?。?）測(cè)量第一次底波B1與第二次底波B2之間的時(shí)間；
（3）測(cè)量其后任意兩相鄰波之間的時(shí)間。
以上三種測(cè)量方式的選擇可以通過(guò)不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但它們對(duì)儀器的性能
有很大的影響。如果選擇第一種測(cè)量方法，則因發(fā)射脈沖幅度特別大，且種測(cè)量
方法，由于脈寬窄，能探測(cè)薄的材料，此時(shí)若用高頻探頭（10MHz），就能探測(cè)更
薄的材料，因而拓寬了儀器測(cè)量下限。如果選擇第三種測(cè)量方法，效果和第二種
不相上下，但數(shù)據(jù)采集較困難，且雜波較多。第二和第三種測(cè)量方法的測(cè)量電路
較復(fù)雜，成本較高。我們?cè)谘兄七^(guò)程中，考慮到量程要求，采用了第二種測(cè)量方
法。為了方便實(shí)現(xiàn)電路，我們?cè)诎l(fā)射超聲波的同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)數(shù)門(mén)，由門(mén)脈沖
控制計(jì)數(shù)的起始位置。
2 高速數(shù)據(jù)采集
由于探頭工作頻率最高為5MHz，按照采樣定理，數(shù)據(jù)采集速度需在10MHz以上
，通常選擇為工作最高頻率的4～5倍最好，本系統(tǒng)中使用的采樣頻率為50MHz。儀
器的精度也和數(shù)據(jù)采集速度密切相關(guān)，例如，鋼在聲波縱波的傳播速度為5900m／
s，在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)的折反距離為147（mm）（2）
所以?xún)x器的測(cè)量精度基本能滿(mǎn)足要求，然后再采取一些其它補(bǔ)償措施，例如
自動(dòng)校準(zhǔn)補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償?shù)?，使儀器的精度達(dá)到0．01mm。
3 計(jì)數(shù)問(wèn)題
在硬件設(shè)計(jì)中，我們始終以小型化為標(biāo)準(zhǔn)，盡量減少硬件數(shù)量，所以單片機(jī)
選用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的高性能AT89C51－20PC的單片機(jī)，片內(nèi)有E2PROM，采用
電擦除方式，程序修改方便，內(nèi)存容量足夠，不增加任何外圍設(shè)備。而計(jì)數(shù)器采
用三態(tài)輸出的8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC590一片。但儀器要求測(cè)量上限為200mm，因此
計(jì)數(shù)上限為：
通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)只用一片8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC590是不能滿(mǎn)足計(jì)數(shù)要求的。所
以在設(shè)計(jì)中為了避免74HC590的級(jí)聯(lián)，設(shè)計(jì)中用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器T0也參與計(jì)數(shù)。
但單片機(jī)的計(jì)數(shù)器的最高頻率一般僅為振蕩頻率的1／24，即在單片機(jī)外接12MHz
晶振時(shí)，計(jì)數(shù)的最高頻率為0．5MHz，而74HC590的進(jìn)位信號(hào)為一個(gè)與計(jì)數(shù)時(shí)鐘同
頻的脈沖，因此單片機(jī)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，把T0腳接到
74HC590的最高輸出端，對(duì)計(jì)數(shù)時(shí)鐘進(jìn)行28分頻后計(jì)數(shù)，這樣，當(dāng)T0工作于方式1
，則總計(jì)數(shù)值可以到28＋16＝224。
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