一種基于CPLD的超聲波測厚系統的設計

摘要：介紹了超聲波測犀以及用CPLD來(lái)實(shí)現測量控制與數據處理的原理，并著(zhù)重介紹了一些具體的處理方法。通過(guò)溫度補償的方法對傳播速度予以校正，系統能實(shí)時(shí)地測量數據，具有硬件結構簡(jiǎn)單、工作可靠、測量誤差小等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：超聲波；CPLD；測厚

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

1 超聲測厚的原理
超聲測厚的基本原理是利用超聲波在介質(zhì)中的傳播特性來(lái)發(fā)現材料缺陷和壁厚，脈沖反射式測厚法實(shí)質(zhì)上是測量超聲波脈沖在材料中的往返傳播時(shí)間。
超聲波測量按工作原理分，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理，與被測物表面的光潔度關(guān)系不密切，所以超聲脈沖回波法也是應用比較廣泛的一種，其原理用超聲波探頭向被測物體發(fā)出超聲脈沖，此超聲脈沖便在被測物體內傳播，傳播至被測物體的底面時(shí)反射，反射回來(lái)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(guò)電路精確地檢測出來(lái)，在t時(shí)間內超聲波在被測物體內完成了一個(gè)往返，如圖1所示。如果被測物體的厚度用d表示，超聲波的總行程就是2d，由于聲波在某一物體內傳播的速度c是常數，所以被測物體的厚度可由下式算出：d=vt／2。式中：d-被測物體厚度；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，利用壓電效應實(shí)現聲電轉換，其振動(dòng)頻率在幾百千赫以上，當它的兩電極加脈沖信號(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，則當共振板接收到回波信號時(shí)，將壓迫兩壓電晶片振動(dòng)，從而將機械能轉換為電信號，此時(shí)的傳感器就成了超聲波接收器。