CN1908581A - 超声波板状物测厚仪 - Google Patents
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Abstract
一种超声波板状物测厚仪,包含有超声波发射接收器,温度传感器(7)、程序下载接口(8)、液晶显示器(9)、控制用芯片(10)。超声波发射电路(1)中,TXOCO为信号输入口,电平信号驱动场效应管控制信号的导通与截止,信号经升压器升压,驱动发射头发射超声波;收接电路中,接收头(2)感应到电压信号后,输入一级(3)、二级(4)放大电路,经二级放大后输入比较电路(5),再接上位电阻RA5,最后连接处理器(10)的ICP端口。本发明广泛应用在各种板状物的厚度测定,数字显示快捷、直观。相比现有技术具有不需液体参与,不影响对干燥板状物的测定;体积小,携带方便;单独完成测厚功能,生产成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量厚度的仪器,尤适于测定竹、木板材的厚度。
背景技术
CN200510083608·6公开了株式会社迪思科的“测厚仪以及磨削装置”专利申请技术,该专利申请技术的测距原理,虽然也是采用超声波的发射与接收的时间来推算厚度,但它兼具测距与磨削双重功能,有流体的参与,因而有流体膜、流体柱的筒状体、流体供给体等技术特征,要求被测板状物表面有水膜存在,不适于测定干燥的板状物。而且它的结构和功能都较复杂,因而生产成本较高。
发明内容
针对现有技术的上述不足,本发明的目的是提供一种专用于板状物测厚的、没有流体(水)参与因而可以测定干燥板状的、且结构和功能较简单、生产成本较低的超声波板状物测厚仪。
上述目的可以通过如下措施来实现:它包含有超声波发射接收器、温度传感器、程序下载接口、液晶显示器、控制用处理器。
上述目的还以通过如下措施来完善:超声波发射电路中,TXOCO为信号输入口,电平信号驱动场效应管IRF-7328控制信号的导通与截止,信号经升压器T1升压,驱动超声波发射头LS2发射超声波;在超声波接收电路中,接收头LS1感应出电压信号后,输入一级放大电路,经运算放大器初次放大的信号通过藕合电容CA6后,再输入二级放大电路进行二级放大,二级放大后的信号输入比较电路中的比较器的正端,当信号大于负端已设定的电压值时,比较器输出端产生低电平,接上位电阻RA5,输出信号接芯片的ICP端口;超声波接收电路的一级放大电路中的运算放大器选用MAX5455型;超声波发射接收器为收发同体型;设定超声波传播速度为V,发收的间隔时间为t,则测距为S=Vt;根据定律,超声波在理想空气中的传播速度公式为:V=vRT/ū。其中ū为气体摩尔质量、v为气体比热比、R为气体常数、T为热力学温度,一般情况下ū、v为定值,R为常数,则传速V与热力学温度T的平方根成正比,温度越高,传速越快;0℃时,超声波的传速实验公认定值为331.45米/秒,空气中的传速表达式为
(米/秒),超声波传播速度由测得的气温计算获得,即只需将实测的摄氏气温填入X中就可算出该气温条件下的传速V,式中273.16为0℃对应的绝对温度值;超声波接收电路中的比较电路和芯片结合,在读取温度传感器的数值的同时,还对信号动作作出如下判断:
(1)四个波形信号的发射与计时;(2)信号的收到与否;(3)收到信号的时间间隔与停止计时;(4)收到信号的波形数;(5)收到完整信号后的数据处理。
附图说明
图1为本测厚仪的超声波发射接收电路图。
图2为本测厚仪的控制及***设备电路图。
图3为本测厚仪的信号判断处理程序流程图
具体实施方式
本发明下面将结合实施例并参照附图予以详述:
图1中右下部分为超声波发射电路1。在此电路中,TX_OC0为处理器10的PD4端口产生的40KHz信号输入口,该电平信号驱动场效应管IRF7328控制其导通与截止。通过IRF7328的40KHz的信号再经过T1升压,得一个峰值电压为60V的信号从而驱动400ST160超声波发射传感器产生40KHz的超声波。图中,CB1、CB2为稳压电容。
图1中左上部分为超声波接收放大电路。400SR160是超声波传感器接收头2,当接收到超声波时,感应出电压信号,然后输入一级放大电路3的MAX492CPA运算放大器进行一级放大。RA10、RA12、RA14和MAX5455数字式可变电位器的数值比例数为一级可调增益放大系数。芯片通过SCK、DP_nCS、MOSI端口来调节MAX5455的L2和W2之间的电阻,从而调节一级增益放大倍数。
一级放大后的信号通过CA6藕合电容再输入二级放大电路4的MAX492CPA运算放大器进行二级放大。RA9、RA13、RA15和MAX5455数字式可变电位器的数值比例系数为二级可调增益放大系数。处理器10通过SCK、DP_nCS、MOSI端口来调节MAX5455的L1和W1之间的电阻,从而调节二级增益放大倍数。
二级放大后的信号输入比较电路5的比较器LMX331的正端,当信号大于负端已调定的参考电压时,LMX331的输出端产生低电平。LMX331的负端的参考电压由RA3、RA6、CA5组成的分压器6中RA3和RA6比值来决定。LMX331输出端接上位电阻RA5,输出的信号输入芯片10的内部的定时/计算器的ICP端口。图中,CA1、CA2、CA3为稳压电容。
MAX5455具有双路、256抽头、加/减控制接口的数字电位器,有256个滑臂定点,可用微处理器进行编程控制,每路可调的电阻范围为0-100K欧姆。它与传统的模拟电位器的工作原理结构、外形完全不同。它取消了活动件,是一个半导体集成电路,其优点是没有噪声,有极长的工作寿命。MAX5455个SPI(串行)接口的数字式电位器,可通过CS、INC、U/D端口与微处理器相接,通过编程可设定每路的电阻值。
图2为本超声波板状物测厚仪的控制及***设备电路图。处理器10为ATmega 16L-8AI型主控芯片,ISP为程序下载接口8,DS18B20高精度温度传感器7通过单总线方式接PBO端口,设置一个ISP(在线编程)端口,以便***日后进行软件升级。其中以RMJ12864A液晶显示器9作为人机界面,以显示各种测量结果(可以显示温度、时间、距离等数值),上述控制及***设备,电子产品市场有售,且连接组合方法的说明,为便于实施本技术,在图1、图2中标出了相关器件的型号,以获得好的实施方式。其中的液晶显示器9通过8根数据线与芯片10的PA口相接,另三个控制端口分别接处理器的PC0、PC1、PC2端口。如果还需增加其它附加功能,则DS1302时钟芯片通过模拟串行总线与单片机PC6、PC7端口连接,芯片可精确测出时间数值显示在液晶显示器上,以便了解何时对被测对象厚度值进行测量。在本测厚仪中还可加入串口通信端口,用于与上位进行信息交换,采用MAX232ESE作为串口通信芯片,该芯片通过R2OUT、R2IN与单片机的PD0、PD1相连。
图3为信号判断处理程序流程图,首先为初始化(内部资源的分配,I/O口和***设备的设置),再读取温度传感器的数值,接着用处理器10控制超声波发射头连续发射四个波形,然后单片机查询超声波接收头有无信号,没有信号,则调大增益倍数,在有效的时间内直到收到信号为止。考虑到本测厚仪的超声波为收发同体型,为排除发射头与接收头之间的相邻发收,特设定“延时2ms(毫秒)”的程序,予以除去。当超过有效时间时,程序跳转到读取温度值处,重新开始。当在有效的时间内接收到信号,即停止计时,并做数据处理(温度值的转换,距离的计算等),接下来对该信号进行是否有效性处理,当接收到的为四个完整的信号时,认为此次接收是有效的,显示结果(距离,温度等)正确,然后结束;如果接收的不是四个完整的信号,那么此次接收是无效的(比如信号经过多次折射,衰减),程序跳转到读取温度值处,重新开始。
本测厚仪在测板状物厚度时,需实测两次值后相减获得,首次测量测厚仪到板状物搁置基台的距离(H),再测量测厚仪到板状物上表面的距离(S),板厚D=H-S。
本发明相比现有技术具有不需液体参与,不影响对干燥板状物的测定;体积小,携带方便;单一完成测厚功能,生产成本低等优点。
Claims (6)
1、一种超声波板状物测厚仪,包含有超声波发射接收器,其特征是测厚仪还包含有温度传感器(7)、程序下载接口(8)、液晶显示器(9)、控制用处理器(10)。
2、如权利要求1所述的超声波板状物测厚仪,其特征是超声波发射电路(1)中,TXOCO为信号输入口,电平信号驱动场效应管IRF-7328控制信号的导通与截止,信号经升压器T1升压,驱动超声波发射头LS2发射超声波;在超声波接收电路中,接收头LS1(2)感应出电压信号后,输入一级放大电路(3)、经运算放大器初次放大的信号通过藕合电容CA6后,再输入二级放大电路(4)进行二级放大,二级放大后的信号输入比较电路(5)中的比较器的正端,当信号大于负端已设定的电压值时,比较器输出端产生低电平,接上位电阻RA5,输出信号接入芯片的ICP端口。
3、如权利要求2所述的超声波板状物测厚仪,其特征是所说的超声波接收电路的一级放大电路(3)中的运算放大器选用MAX5455型。
4、如权利要求1或2或3所述的超声波板状物测厚仪,其特征是所说的超声波发射接收器为收发同体型。
6、如权利要求1-5中任一项所说的超声波板状物测厚仪,其特征是所说的超声波接收电路中的比较电路(5)、处理器(10)结合,在读取温度传感器(7)的数值的同时,还对信号动作作出如下判断:
(1)四个波形信号的发射与计时;
(2)信号的收到与否;
(3)收到信号的时间间隔与停止计时;
(4)收到信号的波形数;
(5)收到完整信号后的数据处理。
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CN102980540A (zh) * | 2012-12-05 | 2013-03-20 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | 快速定位检测变厚度零件厚度尺寸的方法及辅助检测装置 |
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