CN203037849U - 一种超声波测厚仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超声波测厚仪，包括主机、探头，主机包括中央控制模块、信号处理模块、显示模块、模数转换器、发射模块和接收模块。由于在模数转换器的基础上增设了信号处理模块，模数转换器将模拟回波信号转换为数字回波信号，在信号处理模块中进行比较，由硬件直接得出零点的前后两个位置的信息D_b、D_a，以及D_b所对应的时间T_b，在中央处理模块中，根据公式

计算出被测工件底面（界面）的回波时间T_j，代入厚度计算公式计算出被测工件的厚度d，厚度d的精度由原来的T提高到了

因此，即使模数转换器选用的采样频率较低的情况下仍取得较高的测量精度，由于模数转换器可选用较低采样频率，模数转换器的成本大幅度降低，从而降低了整机的制造成本。

Description

一种超声波测厚仪

技术领域

本实用新型涉及一种测厚仪，尤其涉及一种超声波测厚仪。

背景技术

超声波测厚技术是无损检测技术领域的重要部分，广泛应用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域。国内外现有的超声波测厚仪大都是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量，超声探头发射的超声脉冲波经耦合剂进入被测物体，在被测物体内传播至底面（界面）时发生反射，反射回来的超声波（回波）被超声探头接收，测得发射开始到工件底面（界面）的回波时间T_j，超声回波在工件中两次底面（界面）的回波时间间隔ΔT，根据超声波在材料中的传播声速c，通过如下公式即可计算出被测物体的厚度：

$d=\frac{{\mathrm{cT}}_j}{2}$

或

$d=\frac{\mathrm{c\ΔT}}{2}$

如何获得发射开始到工件底面（界面）的回波时间T_j，或超声回波在工件中两次底面（界面）的回波时间间隔ΔT，以及得到的数据的精度，决定了测量结果的精度。

如何获取精度较高的发射开始到工件底面（界面）的回波时间T_j，或超声回波在工件中两次底面（界面）的回波时间间隔ΔT，其中一种常用的方法就是通过模数转换器（ADC）对超声回波进行模数转换，通过数字信号处理的方法，得到发射开始到工件底面（界面）的回波时间T_j，或超声回波在工件中两次底面（界面）的回波时间间隔ΔT，模数转换器（ADC）的采样周期T，即为T_j和ΔT的精度，模数转换器（ADC）的采样周期T越小，T_j和ΔT的精度越高，计算得到的结果精度也就越高。通常，模数转换器（ADC）的采样频率越高，价格越高，功耗越大，如目前一些高端超声波测厚仪，精度为0.01mm，针对声速5920m/s的工件（标准钢材料），要求模数转换器（ADC）的采样周期T约3ns，即采样频率为333MHz，如此高采样率的模数转换器（ADC）价格非常昂贵，而且功耗相当大，不利于实现。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种超声波测厚仪，这种超声波测厚仪具有较高的精度，并且制造成本较低。采用的技术方案如下：

一种超声波测厚仪，包括主机和探头，其特征是：所述主机包括中央控制模块、信号处理模块、显示模块、模数转换模块、发射模块和接收模块；信号处理模块接收来自中央控制模块的指令，发送控制信号给发射模块；发射模块产生激励信号并发送给探头，驱动探头产生超声波作用于被测工件；接收模块接收被测工件的模拟回波信号，并将模拟回波信号发送给模数转换模块；模数转换模块按采用周期将模拟回波信号转换为数字回波信号，并发送给信号处理模块；信号处理模块对数字回波信号进行比较处理，并将比较结果和数字回波信号发送给中央处理模块；中央处理模块根据来自信号处理模块的处理结果，计算出被测工件的厚度值，同时根据数字回波信号形成波形图，并将厚度值及波形图发送给显示模块进行显示。

上述中央控制模块主要包括CPU，用于运行软件，实现计算、控制等功能。

上述信号处理模块主要包括一组减法运算电路，以实现比较功能。

上述发射模块主要包括激励信号产生电路，用于驱动探头发出超声波。

上述接收模块主要包括射频接收电路。

上述模数转换模块一般采用模数转换器（ADC）。

上述显示模块主要包括显示器，一般采用LCD显示器。

由于在模数转换器（ADC）的基础上增设了信号处理模块，模数转换器（ADC）将模拟回波信号转换为数字回波信号，在信号处理模块中进行比较，由硬件直接得出零点的前后两个位置的信息D_b、D_a，以及D_b所对应的时间T_b，在中央处理模块中，根据公式

T为模数转换器（ADC）的采样周期，计算出被测工件底面（界面）的回波时间T_j，代入厚度计算公式计算出被测工件的厚度d，厚度d的精度由原来的T提高到了

因此，即使模数转换器（ADC）选用的采样频率较低的情况下仍取得较高的测量精度，由于模数转换器（ADC）可选用较低采样频率，模数转换器（ADC）的成本大幅度降低，从而降低了整机的制造成本。

作为本实用新型的优选方案，还包括增益放大器，所述接收模块将模拟回波信号发送给增益放大器，增益放大器对模拟回波信号进行放大处理，然后发送给所述模数转换模块。采用增益放大器对模拟回波信号进行放大处理，使得|D_b|+|D_a|具有较大值，进一步提高测厚精度。

作为本实用新型进一步的优选方案，所述增益放大器为可控增益放大器。采用可控增益放大器，在确保精度的情况下，同时保证D_b和D_a的值不会太大，避免超出模数转换器（ADC）的输入范围而出现错误。

作为本实用新型的优选方案，还包括切换开关，切换开关设置在发射模块的输出端与接收模块的输入端之间。合上切换开关，发射模块的输出端与接收模块的输入端连接在一起，适于单晶探头使用；断开切换开关，发射模块的输出端和接收模块的输入端分别用于连接双晶探头的两个晶片，适于双晶探头使用。从而使得本超声波测厚仪同时适用于单晶探头和双晶探头。

附图说明

图1是本实用新型优选实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和本实用新型的优选实施方式做进一步的说明。

如图1所示，这种超声波测厚仪，包括主机1、探头2和切换开关3，主机1包括中央控制模块101、信号处理模块102、LCD显示器103、模数转换器（ADC）104、发射模块105、接收模块106和可控增益放大器107；信号处理模块102接收来自中央控制模块101的指令，发送控制信号给发射模块105；发射模块105产生激励信号并发送给探头2，驱动探头2产生超声波作用于被测工件；接收模块106接收被测工件的模拟回波信号，并将模拟回波信号发送给可控增益放大器107；可控增益放大器107对模拟回波信号进行放大处理，然后发送给模数转换器（ADC）104；模数转换器（ADC）104按采用周期将模拟回波信号转换为数字回波信号，并发送给信号处理模块102；信号处理模块102对数字回波信号进行比较处理，并将比较结果和数字回波信号发送给中央处理模块101；中央处理模块101根据来自信号处理模块102的处理结果，计算出被测工件的厚度值，同时根据数字回波信号形成波形图，并将厚度值及波形图发送给LCD显示器103进行显示；切换开关3设置在发射模块105的输出端与接收模块106的输入端之间。

模数转换器（ADC）104将模拟回波信号转换为数字回波信号，在信号处理模块102中进行比较，由硬件直接得出零点的前后两个位置的信息D_b、D_a，以及D_b所对应的时间T_b，在中央处理模块101中，根据公式

T为模数转换器（ADC）104的采样周期，计算出被测工件底面（界面）的回波时间T_j，代入厚度计算公式

计算出被测工件的厚度d，厚度d的精度由原来的T提高到了例如当|D_b|+|D_a|取值为1024时，精度比原来提高了约1000倍，因此，即使模数转换器（ADC）104选用的采样频率较低的情况下仍取得较高的测量精度，由于模数转换器（ADC）104可选用较低采样频率，模数转换器（ADC）104的成本大幅度降低，从而降低了整机的制造成本。

通过合上或断开切换开关3，使得本超声波测厚仪同时适用于单晶探头和双晶探头。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种超声波测厚仪，包括主机和探头，其特征是：所述主机包括中央控制模块、信号处理模块、显示模块、模数转换模块、发射模块和接收模块；信号处理模块接收来自中央控制模块的指令，发送控制信号给发射模块；发射模块产生激励信号并发送给探头，驱动探头产生超声波作用于被测工件；接收模块接收被测工件的模拟回波信号，并将模拟回波信号发送给模数转换模块；模数转换模块按采用周期将模拟回波信号转换为数字回波信号，并发送给信号处理模块；信号处理模块对数字回波信号进行比较处理，并将比较结果和数字回波信号发送给中央处理模块；中央处理模块根据来自信号处理模块的处理结果，计算出被测工件的厚度值，同时根据数字回波信号形成波形图，并将厚度值及波形图发送给显示模块进行显示。

2.如权利要求1所述的超声波测厚仪，其特征是：还包括增益放大器，所述接收模块将模拟回波信号发送给增益放大器，增益放大器对模拟回波信号进行放大处理，然后发送给所述模数转换模块。

3.如权利要求2所述的超声波测厚仪，其特征是：所述增益放大器为可控增益放大器。

4.如权利要求1所述的超声波测厚仪，其特征是：还包括切换开关，切换开关设置在发射模块的输出端与接收模块的输入端之间。