1 往返時(shí)間的測量
往返時(shí)間的測量有以下三種方法：
（1）測量發(fā)射波T與次底波B1之間的時(shí)間；
（2）測量次底波B1與**次底波B2之間的時(shí)間；
（3）測量其后任意兩相鄰波之間的時(shí)間。
以上三種測量方式的選擇可以通過不同的電路來實(shí)現(xiàn)，但它們對儀器的性能
有很大的影響。如果選擇種測量方法，則因發(fā)射脈沖幅度特別大，且種測量
方法，由于脈寬窄，能探測薄的材料，此時(shí)若用高頻探頭（10MHz），就能探測更
薄的材料，因而拓寬了儀器測量下限。如果選擇第三種測量方法，效果和**種
不相上下，但數(shù)據(jù)采集較困難，且雜波較多。**和第三種測量方法的測量電路
較復(fù)雜，成本較高。我們在研制過程中，考慮到量程要求，采用了**種測量方
法。為了方便實(shí)現(xiàn)電路，我們在發(fā)射超聲波的同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)數(shù)門，由門脈沖
控制計(jì)數(shù)的起始位置。
2 高速數(shù)據(jù)采集
由于探頭工作頻率*高為5MHz，按照采樣定理，數(shù)據(jù)采集速度需在10MHz以上
，通常選擇為工作*高頻率的4～5倍，本系統(tǒng)中使用的采樣頻率為50MHz。儀
器的精度也和數(shù)據(jù)采集速度密切相關(guān)，例如，鋼在聲波縱波的傳播速度為5900m／
s，在一個(gè)周期內(nèi)通過的折反距離為147（mm）（2）
所以儀器的測量精度基本能滿足要求，然后再采取一些其它補(bǔ)償措施，例如
自動校準(zhǔn)補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償?shù)龋箖x器的精度達(dá)到0．01mm。
3 計(jì)數(shù)問題
在硬件設(shè)計(jì)中，我們始終以小型化為標(biāo)準(zhǔn)，盡量減少硬件數(shù)量，所以單片機(jī)
選用美國ATMEL公司生產(chǎn)的高性能AT89C51－20PC的單片機(jī)，片內(nèi)有E2PROM，采用
電擦除方式，程序修改方便，內(nèi)存容量足夠，不增加任何外圍設(shè)備。而計(jì)數(shù)器采
用三態(tài)輸出的8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC590一片。但儀器要求測量上限為200mm，因此
計(jì)數(shù)上限為：
通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)只用一片8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC590是不能滿足計(jì)數(shù)要求的。所
以在設(shè)計(jì)中為了避免74HC590的級聯(lián)，設(shè)計(jì)中用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器T0也參與計(jì)數(shù)。
但單片機(jī)的計(jì)數(shù)器的*高頻率一般僅為振蕩頻率的1／24，即在單片機(jī)外接12MHz
晶振時(shí)，計(jì)數(shù)的*高頻率為0．5MHz，而74HC590的進(jìn)位信號為一個(gè)與計(jì)數(shù)時(shí)鐘同
頻的脈沖，因此單片機(jī)無法對其進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了解決這個(gè)問題，把T0腳接到
74HC590的*高輸出端，對計(jì)數(shù)時(shí)鐘進(jìn)行28分頻后計(jì)數(shù)，這樣，當(dāng)T0工作于方式1
，則總計(jì)數(shù)值可以到28＋16＝224。
4 多功能的體現(xiàn)
多功能主要由AT89C51－20PC的軟件處理的實(shí)現(xiàn)及更換不同探頭及達(dá)到不同測
量范圍來體現(xiàn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）體積小，便于攜帶
在電路中的除了選用低功耗的單片機(jī)外，器件盡量使用CMOS集成電路。由于
儀器中很多元件都有特殊要求，特別是高頻、高壓、低噪等的特殊器件，盡量使
用MAXIM公司貼片式芯片。
（2）操作簡單
整個(gè)操作鍵僅五個(gè)，不需任何操作訓(xùn)練。
（3）自動校準(zhǔn)
如（1）式所示，要想得到**的測量結(jié)果還必須修正由于探頭接觸測試件所
引起的接觸滯后及其它裝配所引起的滯后，我們采用下列公式來進(jìn)行修正：
D＝V（t－Tn）／2（4）
式中，Tn為初值補(bǔ)償系數(shù)。我們在儀器中采用自動設(shè)置補(bǔ)償系數(shù)達(dá)到自動校
準(zhǔn)目的。
（4）測量狀態(tài)顯示
可由儀器提示是測材料厚度還是測聲速。如測聲速則輸入厚度值；如測厚度
則首先進(jìn)行自動校準(zhǔn)后即可測量。還可通過顯示屏上的顯示符號可知當(dāng)前測厚儀
是處于哪一種測量狀態(tài)，提示操作者。
（5）耦合狀態(tài)顯示
如果在測量操作中，測量探頭和工作面耦合得不好，立即會有一個(gè)符號提示
操作者。
（6）背光顯示
在液晶顯示器下有一個(gè)背光條，便于在光線不好的工作現(xiàn)場操作時(shí)打開背光
。
（7）公英制轉(zhuǎn)換
主要考慮到測量顯示單位和國際儀器單位接軌。
（8）上、下限報(bào)警
操作員可根據(jù)自己的需要設(shè)置上、下限報(bào)警值，若超出此值，儀器自動報(bào)警
。
（9）數(shù)據(jù)保存
每次開機(jī)時(shí)自動保持上一此測量結(jié)果。
（10）電源電壓不足顯示
儀器電源由于采用的是干電池，電路除了采用低功耗的器件外，電源設(shè)計(jì)成
斷續(xù)小電流工作方式，探頭未接觸樣品時(shí)，儀器僅工作在維持啟動狀態(tài)，當(dāng)探頭
接觸樣品時(shí)，電路才開始工作。在使用一段時(shí)間后，若電源電壓不足時(shí)，為防止
誤操作，儀器自動提醒使用者。
（11）更換不同探頭，實(shí)現(xiàn)不同測量范圍。