超聲波測(cè)厚儀方法簡(jiǎn)析（一）

測(cè)厚的方法很多，相應(yīng)的儀器也很多，除一般機(jī)械法測(cè)厚外，常用的測(cè)厚儀從原理上有：射線測(cè)厚儀、超聲波測(cè)厚儀、磁性測(cè)厚儀、電流法測(cè)厚儀等。超聲波測(cè)厚儀與利用其他原理制作的測(cè)厚儀相比，有小型、輕便、測(cè)量速度快、精度高、電池供電、容器內(nèi)積累成污垢不影響測(cè)量精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來工業(yè)上測(cè)厚所使用的測(cè)厚儀大部分都是超聲波測(cè)厚儀。

超聲波測(cè)厚儀我國應(yīng)用的比較早，早在60年代，我國就自行設(shè)計(jì)制成表頭式CCH-J-1型脈沖反射式測(cè)厚儀，并大量生產(chǎn)供用戶使用。現(xiàn)在已應(yīng)用數(shù)字技術(shù)制成UTM-101H型數(shù)字式測(cè)厚儀。

近年來脈沖反射式測(cè)厚儀發(fā)展非常快。由于采用集成電路，數(shù)字式測(cè)厚儀小到可以握在手掌之中重量不超過一市斤。測(cè)量下限降至0.25毫米，上限一般為幾百毫米，精度可達(dá)到0.01毫米。

超聲波測(cè)厚儀從原理上分有共振式、脈沖式兩種，下面重點(diǎn)討論脈沖反射式測(cè)厚儀。

基本原理

脈沖反射式測(cè)厚儀從原理上來說是測(cè)量超聲波脈沖在材料中的往返傳播時(shí)間t，即：d=c*t/2

如果聲速c已知，那么，測(cè)得超聲波脈沖在材料中的往返傳播時(shí)間t，就可求得材料厚度d。這種測(cè)厚儀可利用表頭或數(shù)字管直接表示厚度，使用極為方便。

測(cè)厚儀電路工件原理方框圖示于右圖。發(fā)射電路輸出一個(gè)上升時(shí)間很短，脈沖很窄的周期性電脈沖，通過電纜加到探頭上，激發(fā)壓電片產(chǎn)生脈沖超聲波，探頭發(fā)出的超聲波進(jìn)入工件，在工件上下兩面形成多次反射。反射波經(jīng)過壓電片再變成電信號(hào)，經(jīng)放大器放大，由計(jì)算電路測(cè)出聲波在兩面間的傳播時(shí)間t，zui后再換算成厚度顯示出來。

脈沖反射式測(cè)厚儀電路概述

脈沖反射式測(cè)厚儀電路主要是由于主控器、發(fā)射電路、接收放大電路、計(jì)算電路、厚度顯示等幾部分組成。

下面就其中幾個(gè)主要部分討論如下。

1、發(fā)射電路
該電路是經(jīng)主控器發(fā)出的脈沖觸發(fā)后，產(chǎn)生一窄的發(fā)射脈沖信號(hào)，使換能器(探頭)發(fā)射超聲脈沖。從提高分辨能力和降低測(cè)厚儀范圍的下限考慮，發(fā)射脈動(dòng)沖要上升時(shí)間短，脈沖寬度窄，這里需要指出。影響發(fā)射脈沖寬度的因素既有電路上的問題，也有探頭的制作問題。從提高靈敏度和擴(kuò)大測(cè)量范圍上限考慮，要求發(fā)射功率大。

目前脈沖式超聲波測(cè)厚儀均采用晶體管電路和集成電路，為了提高發(fā)射強(qiáng)度，需將幾伏電源電壓通過直流變換器升到幾十伏至幾百伏的電壓，供給發(fā)射管，借以提高發(fā)射強(qiáng)度。

2、接收放大電路
它主要是接收放大工件的底面反射信號(hào)。底面反射信號(hào)的幅度除受發(fā)射脈沖強(qiáng)度影響外，還受被測(cè)工件表面光潔度、藕合、材質(zhì)以及工件底面情況等影響，因此反射信號(hào)的幅度變化范圍很大，為使儀器有足夠的靈敏度，要求放大電路有較高的增益。但過分提高增益會(huì)使脈沖寬度變寬而影響測(cè)量精度。

3、計(jì)算電路和厚度顯示
數(shù)字式測(cè)厚儀測(cè)讀zui方便，測(cè)量精度也高，精度可達(dá)±0.01毫米，目前國內(nèi)外生產(chǎn)的脈沖式超聲波測(cè)厚儀主要是數(shù)字式的。下面討論一下數(shù)字式測(cè)厚儀的計(jì)算電路和厚度顯示。