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

(1)儀器上電，進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，CPU首先對(duì)CPLD進(jìn)行初始化，使計(jì)數(shù)器及鎖存器清零，CPLD等待CPU的發(fā)射請(qǐng)求。
(2)若接收到CPU的發(fā)射請(qǐng)求，CPLD產(chǎn)生一個(gè)幾百納秒的觸發(fā)信號(hào)，開(kāi)通高壓電路，激勵(lì)探頭產(chǎn)生超聲波，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。根據(jù)測(cè)厚儀1～300 mm的測(cè)量范圍，采用軟件自帶的一個(gè)16位計(jì)數(shù)器即可涵蓋所需要的測(cè)量范圍。如果CPLD的資源比較緊張，還可以用VerilogHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)合適位數(shù)的計(jì)數(shù)器(例如12位計(jì)數(shù)器)，以達(dá)到合理利用資源的效果。
(3)如果CPLD在合理的時(shí)間內(nèi)未接收到回波信號(hào)，則回波有效標(biāo)志位為0，鎖存器里的數(shù)據(jù)無(wú)效，CPU不讀取。當(dāng)CPLD接收到回波信號(hào)時(shí)，還需對(duì)接收的回波信號(hào)做寬度檢測(cè)，僅當(dāng)回波寬度在合理范圍內(nèi)，才認(rèn)為是有效的，回波寬度檢測(cè)是為了避免由于探頭藕合不良而引起讀數(shù)不準(zhǔn)確的情況。
(4)CPLD檢測(cè)到有效回波時(shí)，鎖存回波從發(fā)射到接收所用的時(shí)間、回波的前沿及后沿等相關(guān)信息，回波有效標(biāo)志位置1，CPU讀取所需的信息。值得注意的是，在超聲測(cè)厚儀回波的數(shù)據(jù)采集中，只檢測(cè)回波的前、后沿，根據(jù)對(duì)稱性計(jì)算出其中點(diǎn)，而不必花費(fèi)更多的資源計(jì)算其峰值。這樣做使儀器的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，體積更小巧，功耗也較低。本程序進(jìn)行連續(xù)采集256次數(shù)據(jù)累加求厚度的平均值，再進(jìn)行十六進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，顯示出十進(jìn)制的厚度值。

5 結(jié)束語(yǔ)
超聲測(cè)厚儀中應(yīng)用低功耗CPLD，可降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)的可靠性，縮小設(shè)計(jì)的物理體積，靈活性更好，而且在滿足測(cè)量精度的前提下，大大降低了儀器整體的靜態(tài)功耗。本系統(tǒng)的結(jié)論：
(1)本系統(tǒng)探頭及測(cè)厚不受工件形狀厚薄限制，靈敏度高。
(2)本系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到如下數(shù)值：
探傷靈敏度余量>=46 dB；
垂直線性誤差=5％；
水平線性誤差=1％；
衰減精度每12 dB±0．6；
分辯率>=22 dB；
動(dòng)態(tài)范圍>=32 dB；
測(cè)厚精度0．05 mm。