超聲波測厚儀方法簡析（一）

測厚的方法很多，相應(yīng)的儀器也很多，除一般機(jī)械法測厚外，常用的測厚儀從原理上有：射線測厚儀、超聲波測厚儀、磁性測厚儀、電流法測厚儀等。超聲波測厚儀與利用其他原理制作的測厚儀相比，有小型、輕便、測量速度快、精度高、電池供電、容器內(nèi)積累成污垢不影響測量精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來工業(yè)上測厚所使用的測厚儀大部分都是超聲波測厚儀。

超聲波測厚儀我國應(yīng)用的比較早，早在60年代，我國就自行設(shè)計(jì)制成表頭式CCH-J-1型脈沖反射式測厚儀，并大量生產(chǎn)供用戶使用?，F(xiàn)在已應(yīng)用數(shù)字技術(shù)制成UTM-101H型數(shù)字式測厚儀。

近年來脈沖反射式測厚儀發(fā)展非常快。由于采用集成電路，數(shù)字式測厚儀小到可以握在手掌之中重量不超過一市斤。測量下限降至0.25毫米，上限一般為幾百毫米，精度可達(dá)到0.01毫米。

超聲波測厚儀從原理上分有共振式、脈沖式兩種，下面重點(diǎn)討論脈沖反射式測厚儀。

基本原理

脈沖反射式測厚儀從原理上來說是測量超聲波脈沖在材料中的往返傳播時(shí)間t，即：d=c*t/2

如果聲速c已知，那么，測得超聲波脈沖在材料中的往返傳播時(shí)間t，就可求得材料厚度d。這種測厚儀可利用表頭或數(shù)字管直接表示厚度，使用極為方便。

測厚儀電路工件原理方框圖示于右圖。發(fā)射電路輸出一個(gè)上升時(shí)間很短，脈沖很窄的周期性電脈沖，通過電纜加到探頭上，激發(fā)壓電片產(chǎn)生脈沖超聲波，探頭發(fā)出的超聲波進(jìn)入工件，在工件上下兩面形成多次反射。反射波經(jīng)過壓電片再變成電信號，經(jīng)放大器放大，由計(jì)算電路測出聲波在兩面間的傳播時(shí)間t，zui后再換算成厚度顯示出來。

脈沖反射式測厚儀電路概述

脈沖反射式測厚儀電路主要是由于主控器、發(fā)射電路、接收放大電路、計(jì)算電路、厚度顯示等幾部分組成。

下面就其中幾個(gè)主要部分討論如下。

1、發(fā)射電路
該電路是經(jīng)主控器發(fā)出的脈沖觸發(fā)后，產(chǎn)生一窄的發(fā)射脈沖信號，使換能器(探頭)發(fā)射超聲脈沖。從提高分辨能力和降低測厚儀范圍的下限考慮，發(fā)射脈動沖要上升時(shí)間短，脈沖寬度窄，這里需要指出。影響發(fā)射脈沖寬度的因素既有電路上的問題，也有探頭的制作問題。從提高靈敏度和擴(kuò)大測量范圍上限考慮，要求發(fā)射功率大。

目前脈沖式超聲波測厚儀均采用晶體管電路和集成電路，為了提高發(fā)射強(qiáng)度，需將幾伏電源電壓通過直流變換器升到幾十伏至幾百伏的電壓，供給發(fā)射管，借以提高發(fā)射強(qiáng)度。

2、接收放大電路
它主要是接收放大工件的底面反射信號。底面反射信號的幅度除受發(fā)射脈沖強(qiáng)度影響外，還受被測工件表面光潔度、藕合、材質(zhì)以及工件底面情況等影響，因此反射信號的幅度變化范圍很大，為使儀器有足夠的靈敏度，要求放大電路有較高的增益。但過分提高增益會使脈沖寬度變寬而影響測量精度。

3、計(jì)算電路和厚度顯示
數(shù)字式測厚儀測讀zui方便，測量精度也高，精度可達(dá)±0.01毫米，目前國內(nèi)外生產(chǎn)的脈沖式超聲波測厚儀主要是數(shù)字式的。下面討論一下數(shù)字式測厚儀的計(jì)算電路和厚度顯示。