智能化多功能超声测厚仪

智能化多功能超声测厚仪

陈文智　赵苏生　王云莉　过元恺

( 物理实验室)

摘要　笔者研制的智能化多功能超声测厚仪除具有现有机型的功能外, 还适合高吸声性材料及粗晶材料, 特别适合建筑用防水胶涂层的检测。能配用扫描器和打印机自动打印出各测试点的检测结果和缺陷图象。

关键词　超声波; 换能器; 8031 单片机; 声速

0　引言

智能化超声测厚技术是90 年代初期发展起来的。1992 年美国Str esstel 公司推出了一台用点阵式液晶显示屏显示声程图像的超声波测厚仪; 德国Krantkra􀀁mer 公司在1993 年推出了DME, 它与存贮器DRS 结合在一起, 组成了一台智能化超声测厚仪。由于智能化测厚仪可做得小巧, 适合于带到现场工作, 甚至可带到高空或水下检测, 因此, 在工业无损检测方面得到了广泛应用。本文介绍了一种我们研制开发的智能化多功能超声测厚仪, 不但具有进口机型的功能和特点, 还适合于高吸声性材料和粗晶材料, 特别适合建筑用防水胶涂层的检测。如果在多点测量时配用扫描器, 则可把测试点坐标输入, 由打印机打印出缺陷图象。现介绍如下。

1　测量部分原理

工作时计算机发出ST 信号, 触发振荡器振荡产生不对称方波输出( 图1) , 正半周为150􀀁s, 负半为350􀀁s。正半周的负跳边触发延时器产生5􀀁s 的脉冲延时, 该脉冲的负跳边触发超声发生器产生超声脉冲振荡。由于换能器有延时块, 因此, 不管换能器( 探头) 是否偶合在工件上, 对单晶和双晶发射探头, 均有延时块的界面波反射至晶片, 由放大器1 接收到。见图

2, 时序图D 处的信号。D 为双晶探头( 已耦合到试件) 的声程图, 图中有始波、( 一)、( 二)、( 三)界面波( 多次界面反射) 。还有试件的底波( 1) ( 在( 二)、( 三) 之间) 。又如D􀀁 单晶探头, 情况与D 相似, 不过此时试件底波( 1) 必须在( 一)、( 二) 界面波之间。因此, 单晶探头只能检测厚度在第( 一) 及第( 二) 界面波之间的试件, 即0. 1～10mm( 钢) 。由于单晶使用频率较高( 10MHz) , 并且发射和接收均用脉冲细化电路, 因此, 有极高的分辨率。

双晶探头安装得正好不能接收发射探头的界面波, 故其接收波形图如图2E, 除始波外全部为底波, 成一个个小矩形波, ( 1)、( 2)、( 3) 多次底波反射。从界面波开始起到第( 1) 底波的开始点间的时间, 就是超声波在试件中的声程时间􀀁,

􀀁= 2Bv

式中B 为试件厚度, v 为试件声速。因为取的是底面反射波, 因此, 超声波共经过2B 厚。对双晶探头是用界面波开计数门, 并用第一底波关计数门, 然后, 用晶振发生的高频脉冲测量计数门的宽度, 就可计算出试样的厚度( 应预先输入声速) 。或者, 反过来已知厚度B , 再计算声速v。这是两种测量功能。所有这一切测量, 必须取出界面波, 因此, 使用了第二触发器C, 输出负方波削除始波干扰, 而取出了界面波( 一) 及以下各波。对单晶探头是用界面波( 一) 打开计数门, 并用底波( 1) 关断计数门。此时放大器不用。G 为识别脉冲, 当探头耦合不好时, 则不产生工件底波。如双晶探头, 计数门一直延续到下一次发射脉冲开始才关断。因此, 将计数门脉冲与振荡器输出相“与”,就出现G 负方波输出,令这次测量作废。对单晶探头, 计数门将被二次界面波所复位, 遇到这一情况, 只能让计算机来判断。当接收的计数数字等于或大于180 时, 这次测量就作废。

2　计算机部分

如图3, 用8031 作CPU, 28128 或28256 作程序只读存贮器, 用二片2864E2PROM 作RAM 可自保的数据存贮器。另外扩充两个编程接口8155 及8255 供各个接口。

液晶显示屏为液晶点阵式显示屏, 2×16 字符。8 根数据线由8155PB 口提供, 3 根控制线RS 及R/W 由8155PA6 及PA 7 提供。扫描器和打印机接口是同一接口, 两者不会同时使用, 由一功能键控制。8 根数据线由8255PB 口提供, 其中3 根为扫描器控制用, 即CS、T 2 和T 1。CS 为输出的位选信号, 由8032P1口提供, 在P1. 0 处发一个正脉冲, 扫描器开始工作。下为触发线由8032P1. 1 提供