一種基于CPLD的超聲波測(cè)厚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了超聲波測(cè)犀以及用CPLD來實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制與數(shù)據(jù)處理的原理，并著重介紹了一些具體的處理方法。通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)傳播速度予以校正，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)，具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量誤差小等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：超聲波；CPLD；測(cè)厚

0 引言
在工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中，常常需要在無損條件下測(cè)出工件的厚度，從而確定是否符合設(shè)計(jì)要求。目前，鋼板是鋼材的四大品種(板、管、型、絲)之一，被廣泛應(yīng)用于高層建筑、橋梁、海上石油平臺(tái)、大型輪船等工程項(xiàng)目中，其厚度直接關(guān)系著這些工程項(xiàng)目的安全性和可靠性，在鋼板測(cè)厚方面，超聲波無損測(cè)厚方法將得到廣泛應(yīng)用。

1 超聲測(cè)厚的原理
超聲測(cè)厚的基本原理是利用超聲波在介質(zhì)中的傳播特性來發(fā)現(xiàn)材料缺陷和壁厚，脈沖反射式測(cè)厚法實(shí)質(zhì)上是測(cè)量超聲波脈沖在材料中的往返傳播時(shí)間。
超聲波測(cè)量按工作原理分，有共振法、干涉法及脈沖回波法等幾種。由于脈沖回波法不涉及共振機(jī)理，與被測(cè)物表面的光潔度關(guān)系不密切，所以超聲脈沖回波法也是應(yīng)用比較廣泛的一種，其原理用超聲波探頭向被測(cè)物體發(fā)出超聲脈沖，此超聲脈沖便在被測(cè)物體內(nèi)傳播，傳播至被測(cè)物體的底面時(shí)反射，反射回來的超聲波又被超聲波探頭接收，這樣，從超聲波探頭發(fā)出超聲脈沖到超聲波探頭接收到反射脈沖所用的時(shí)間t可通過電路精確地檢測(cè)出來，在t時(shí)間內(nèi)超聲波在被測(cè)物體內(nèi)完成了一個(gè)往返，如圖1所示。如果被測(cè)物體的厚度用d表示，超聲波的總行程就是2d，由于聲波在某一物體內(nèi)傳播的速度c是常數(shù)，所以被測(cè)物體的厚度可由下式算出：d=vt／2。式中：d-被測(cè)物體厚度；v-超聲波速度；t-超聲波從管射到接收回波的時(shí)間。

超聲波傳感器分發(fā)射器和接收器兩部分，超聲波傳感器按其作用原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，最常用的是壓電式傳感器。
壓電式超聲波傳感器探頭的核心為壓電晶片，利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換，其振動(dòng)頻率在幾百千赫以上，當(dāng)它的兩電極加脈沖信號(hào)(觸發(fā)脈沖)，若其頻率等于晶片的固有頻率時(shí)，壓電晶片就會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。相反，若電極間未加電壓，則當(dāng)共振板接收到回波信號(hào)時(shí)，將壓迫兩壓電晶片振動(dòng)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此時(shí)的傳感器就成了超聲波接收器。