專利名稱：超聲波板狀物測厚儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量厚度的儀器，尤適于測定竹、木板材的厚度。
背景技術(shù)：
CN200510083608·6公開了株式會社迪思科的“測厚儀以及磨削裝置”專利申請技術(shù)，該專利申請技術(shù)的測距原理，雖然也是采用超聲波的發(fā)射與接收的時間來推算厚度，但它兼具測距與磨削雙重功能，有流體的參與，因而有流體膜、流體柱的筒狀體、流體供給體等技術(shù)特征，要求被測板狀物表面有水膜存在，不適于測定干燥的板狀物。而且它的結(jié)構(gòu)和功能都較復(fù)雜，因而生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種專用于板狀物測厚的、沒有流體(水)參與因而可以測定干燥板狀的、且結(jié)構(gòu)和功能較簡單、生產(chǎn)成本較低的超聲波板狀物測厚儀。
上述目的可以通過如下措施來實(shí)現(xiàn)它包含有超聲波發(fā)射接收器、溫度傳感器、程序下載接口、液晶顯示器、控制用處理器。
上述目的還以通過如下措施來完善超聲波發(fā)射電路中，TXOCO為信號輸入口，電平信號驅(qū)動場效應(yīng)管IRF-7328控制信號的導(dǎo)通與截止，信號經(jīng)升壓器T1升壓，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭LS2發(fā)射超聲波；在超聲波接收電路中，接收頭LS1感應(yīng)出電壓信號后，輸入一級放大電路，經(jīng)運(yùn)算放大器初次放大的信號通過藕合電容CA6后，再輸入二級放大電路進(jìn)行二級放大，二級放大后的信號輸入比較電路中的比較器的正端，當(dāng)信號大于負(fù)端已設(shè)定的電壓值時，比較器輸出端產(chǎn)生低電平，接上位電阻RA5，輸出信號接芯片的ICP端口；超聲波接收電路的一級放大電路中的運(yùn)算放大器選用MAX5455型；超聲波發(fā)射接收器為收發(fā)同體型；設(shè)定超聲波傳播速度為V，發(fā)收的間隔時間為t，則測距為S＝Vt；根據(jù)定律，超聲波在理想空氣中的傳播速度公式為V＝vRT/ū。其中ū為氣體摩爾質(zhì)量、v為氣體比熱比、R為氣體常數(shù)、T為熱力學(xué)溫度，一般情況下ū、v為定值，R為常數(shù)，則傳速V與熱力學(xué)溫度T的平方根成正比，溫度越高，傳速越快；0℃時，超聲波的傳速實(shí)驗(yàn)公認(rèn)定值為331.45米/秒，空氣中的傳速表達(dá)式為V=331.45(X+273.16)/273.16]]>(米/秒)，超聲波傳播速度由測得的氣溫計算獲得，即只需將實(shí)測的攝氏氣溫填入X中就可算出該氣溫條件下的傳速V，式中273.16為0℃對應(yīng)的絕對溫度值；超聲波接收電路中的比較電路和芯片結(jié)合，在讀取溫度傳感器的數(shù)值的同時，還對信號動作作出如下判斷(1)四個波形信號的發(fā)射與計時；(2)信號的收到與否；(3)收到信號的時間間隔與停止計時；(4)收到信號的波形數(shù)；(5)收到完整信號后的數(shù)據(jù)處理。


圖1為本測厚儀的超聲波發(fā)射接收電路圖。
圖2為本測厚儀的控制及外圍設(shè)備電路圖。
圖3為本測厚儀的信號判斷處理程序流程圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明下面將結(jié)合實(shí)施例并參照附圖予以詳述圖1中右下部分為超聲波發(fā)射電路1。在此電路中，TX_OC0為處理器10的PD4端口產(chǎn)生的40KHz信號輸入口，該電平信號驅(qū)動場效應(yīng)管IRF7328控制其導(dǎo)通與截止。通過IRF7328的40KHz的信號再經(jīng)過T1升壓，得一個峰值電壓為60V的信號從而驅(qū)動400ST160超聲波發(fā)射傳感器產(chǎn)生40KHz的超聲波。圖中，CB1、CB2為穩(wěn)壓電容。
圖1中左上部分為超聲波接收放大電路。400SR160是超聲波傳感器接收頭2，當(dāng)接收到超聲波時，感應(yīng)出電壓信號，然后輸入一級放大電路3的MAX492CPA運(yùn)算放大器進(jìn)行一級放大。RA10、RA12、RA14和MAX5455數(shù)字式可變電位器的數(shù)值比例數(shù)為一級可調(diào)增益放大系數(shù)。芯片通過SCK、DP_nCS、MOSI端口來調(diào)節(jié)MAX5455的L2和W2之間的電阻，從而調(diào)節(jié)一級增益放大倍數(shù)。
一級放大后的信號通過CA6藕合電容再輸入二級放大電路4的MAX492CPA運(yùn)算放大器進(jìn)行二級放大。RA9、RA13、RA15和MAX5455數(shù)字式可變電位器的數(shù)值比例系數(shù)為二級可調(diào)增益放大系數(shù)。處理器10通過SCK、DP_nCS、MOSI端口來調(diào)節(jié)MAX5455的L1和W1之間的電阻，從而調(diào)節(jié)二級增益放大倍數(shù)。
二級放大后的信號輸入比較電路5的比較器LMX331的正端，當(dāng)信號大于負(fù)端已調(diào)定的參考電壓時，LMX331的輸出端產(chǎn)生低電平。LMX331的負(fù)端的參考電壓由RA3、RA6、CA5組成的分壓器6中RA3和RA6比值來決定。LMX331輸出端接上位電阻RA5，輸出的信號輸入芯片10的內(nèi)部的定時/計算器的ICP端口。圖中，CA1、CA2、CA3為穩(wěn)壓電容。
MAX5455具有雙路、256抽頭、加/減控制接口的數(shù)字電位器，有256個滑臂定點(diǎn)，可用微處理器進(jìn)行編程控制，每路可調(diào)的電阻范圍為0-100K歐姆。它與傳統(tǒng)的模擬電位器的工作原理結(jié)構(gòu)、外形完全不同。它取消了活動件，是一個半導(dǎo)體集成電路，其優(yōu)點(diǎn)是沒有噪聲，有極長的工作壽命。MAX5455個SPI(串行)接口的數(shù)字式電位器，可通過CS、INC、U/D端口與微處理器相接，通過編程可設(shè)定每路的電阻值。
圖2為本超聲波板狀物測厚儀的控制及外圍設(shè)備電路圖。處理器10為ATmega 16L-8AI型主控芯片，ISP為程序下載接口8，DS18B20高精度溫度傳感器7通過單總線方式接PBO端口，設(shè)置一個ISP(在線編程)端口，以便系統(tǒng)日后進(jìn)行軟件升級。其中以RMJ12864A液晶顯示器9作為人機(jī)界面，以顯示各種測量結(jié)果(可以顯示溫度、時間、距離等數(shù)值)，上述控制及外圍設(shè)備，電子產(chǎn)品市場有售，且連接組合方法的說明，為便于實(shí)施本技術(shù)，在圖1、圖2中標(biāo)出了相關(guān)器件的型號，以獲得好的實(shí)施方式。其中的液晶顯示器9通過8根數(shù)據(jù)線與芯片10的PA口相接，另三個控制端口分別接處理器的PC0、PC1、PC2端口。如果還需增加其它附加功能，則DS1302時鐘芯片通過模擬串行總線與單片機(jī)PC6、PC7端口連接，芯片可精確測出時間數(shù)值顯示在液晶顯示器上，以便了解何時對被測對象厚度值進(jìn)行測量。在本測厚儀中還可加入串口通信端口，用于與上位進(jìn)行信息交換，采用MAX232ESE作為串口通信芯片，該芯片通過R2OUT、R2IN與單片機(jī)的PD0、PD1相連。
圖3為信號判斷處理程序流程圖，首先為初始化(內(nèi)部資源的分配，I/O口和外圍設(shè)備的設(shè)置)，再讀取溫度傳感器的數(shù)值，接著用處理器10控制超聲波發(fā)射頭連續(xù)發(fā)射四個波形，然后單片機(jī)查詢超聲波接收頭有無信號，沒有信號，則調(diào)大增益倍數(shù)，在有效的時間內(nèi)直到收到信號為止。考慮到本測厚儀的超聲波為收發(fā)同體型，為排除發(fā)射頭與接收頭之間的相鄰發(fā)收，特設(shè)定“延時2ms(毫秒)”的程序，予以除去。當(dāng)超過有效時間時，程序跳轉(zhuǎn)到讀取溫度值處，重新開始。當(dāng)在有效的時間內(nèi)接收到信號，即停止計時，并做數(shù)據(jù)處理(溫度值的轉(zhuǎn)換，距離的計算等)，接下來對該信號進(jìn)行是否有效性處理，當(dāng)接收到的為四個完整的信號時，認(rèn)為此次接收是有效的，顯示結(jié)果(距離，溫度等)正確，然后結(jié)束；如果接收的不是四個完整的信號，那么此次接收是無效的(比如信號經(jīng)過多次折射，衰減)，程序跳轉(zhuǎn)到讀取溫度值處，重新開始。
本測厚儀在測板狀物厚度時，需實(shí)測兩次值后相減獲得，首次測量測厚儀到板狀物擱置基臺的距離(H)，再測量測厚儀到板狀物上表面的距離(S)，板厚D＝H-S。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有不需液體參與，不影響對干燥板狀物的測定；體積小，攜帶方便；單一完成測厚功能，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種超聲波板狀物測厚儀，包含有超聲波發(fā)射接收器，其特征是測厚儀還包含有溫度傳感器(7)、程序下載接口(8)、液晶顯示器(9)、控制用處理器(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波板狀物測厚儀，其特征是超聲波發(fā)射電路(1)中，TXOCO為信號輸入口，電平信號驅(qū)動場效應(yīng)管IRF-7328控制信號的導(dǎo)通與截止，信號經(jīng)升壓器T1升壓，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭LS2發(fā)射超聲波；在超聲波接收電路中，接收頭LS1(2)感應(yīng)出電壓信號后，輸入一級放大電路(3)、經(jīng)運(yùn)算放大器初次放大的信號通過藕合電容CA6后，再輸入二級放大電路(4)進(jìn)行二級放大，二級放大后的信號輸入比較電路(5)中的比較器的正端，當(dāng)信號大于負(fù)端已設(shè)定的電壓值時，比較器輸出端產(chǎn)生低電平，接上位電阻RA5，輸出信號接入芯片的ICP端口。
3.如權(quán)利要求2所述的超聲波板狀物測厚儀，其特征是所說的超聲波接收電路的一級放大電路(3)中的運(yùn)算放大器選用MAX5455型。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的超聲波板狀物測厚儀，其特征是所說的超聲波發(fā)射接收器為收發(fā)同體型。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲波板狀物測厚儀，其特征是設(shè)定超聲波傳播速度為V，發(fā)收的間隔時間為t，測距為S＝vt；根據(jù)定律，超聲波在理想空氣中的傳播速度公式為V＝νRT/ū。其中ū為氣體摩爾質(zhì)量、ν為氣體比熱比、R為氣體常數(shù)、T為熱力學(xué)溫度，一般情況下ū、ν為定值，R為常數(shù)，則傳播速度V與熱力學(xué)溫度T的平方根成正比，溫度越高，傳速越快；0℃時，超聲波的傳速實(shí)驗(yàn)公認(rèn)定值為331.45米/秒，空氣中的傳速表達(dá)式為 超聲波傳速由測得的氣溫計算獲得。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所說的超聲波板狀物測厚儀，其特征是所說的超聲波接收電路中的比較電路(5)、處理器(10)結(jié)合，在讀取溫度傳感器(7)的數(shù)值的同時，還對信號動作作出如下判斷(1)四個波形信號的發(fā)射與計時；(2)信號的收到與否；(3)收到信號的時間間隔與停止計時；(4)收到信號的波形數(shù)；(5)收到完整信號后的數(shù)據(jù)處理。
全文摘要
一種超聲波板狀物測厚儀，包含有超聲波發(fā)射接收器，溫度傳感器(7)、程序下載接口(8)、液晶顯示器(9)、控制用芯片(10)。超聲波發(fā)射電路(1)中，TXOCO為信號輸入口，電平信號驅(qū)動場效應(yīng)管控制信號的導(dǎo)通與截止，信號經(jīng)升壓器升壓，驅(qū)動發(fā)射頭發(fā)射超聲波；收接電路中，接收頭(2)感應(yīng)到電壓信號后，輸入一級(3)、二級(4)放大電路，經(jīng)二級放大后輸入比較電路(5)，再接上位電阻RA5，最后連接處理器(10)的ICP端口。本發(fā)明廣泛應(yīng)用在各種板狀物的厚度測定，數(shù)字顯示快捷、直觀。相比現(xiàn)有技術(shù)具有不需液體參與，不影響對干燥板狀物的測定；體積小，攜帶方便；單獨(dú)完成測厚功能，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01B17/02GK1908581SQ20061005283
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月8日
發(fā)明者姚文斌, 章英永, 張蔚, 吳曉平 申請人:浙江林學(xué)院