具有語音讀取功能的超聲波測厚儀

超聲波測厚是一項非常成熟而且應(yīng)用十分廣泛的檢驗技術(shù), 該技術(shù)主要通過測量材料的實際厚度來判斷其是否發(fā)生腐蝕減薄, 并能準(zhǔn)確地測量出材料的蝕失減薄量。該技術(shù)的優(yōu)點是操作簡便、測量準(zhǔn)確、精度高。但在實際檢測中由于有些工作條件較差, 環(huán)境復(fù)雜, 如在高空或狹窄空間作業(yè)時,檢驗員要一只手持儀器, 另一只手進(jìn)行測量, 眼睛要交替注視檢測時的安全姿勢和儀器的液晶顯示屏, 給檢驗員的安全帶來了風(fēng)險, 甚至還容易造成檢測結(jié)果的失真或錯誤。目前多數(shù)超聲波測厚儀主機仍是配置RS232標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口電路, 以與微型打印機或PC 連

接。但RS232 標(biāo)準(zhǔn)串行通訊是一種低速的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù), 傳輸速率一般在9 600~ 38 400 bps 之間。在傳送大量的檢測數(shù)據(jù)時, 需要花費很長時間, 同時也不支持即插即用和熱插拔, 使用很不方便。筆者研制了一種具有語音報讀功能的超聲波測厚儀, 可以不用手持操作, 并能快速上傳數(shù)據(jù),從而能更好地滿足實際工作的需要。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前, 常用的超聲波測厚儀主要由主機和探頭兩部分組成, 其結(jié)構(gòu)框圖見圖1。在工作時, 由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵探頭, 產(chǎn)生超聲發(fā)射脈沖波, 脈沖波經(jīng)介質(zhì)界面反射后被接收電路接收并放大, 形成回波。當(dāng)采集的始波與回波間的時間間隔經(jīng)單片機計數(shù)處理后便可得到厚度值, 并經(jīng)液晶顯示屏顯示厚度數(shù)值。筆者研制的測厚儀除了主機和探頭兩部分外,還設(shè)置了語音電路、存儲器電路和U SB 通用串行總線接口電路, 結(jié)構(gòu)框圖見圖2。

語音電路用于實現(xiàn)語音報數(shù), 其語音芯片與CPU 連接, 輸出的語音受CPU 控制。CPU 經(jīng)過鎖存器連接至語音芯片的輸入地址, CPU 的一腳連至該芯片的電平放音端腳來控制放音, 語音芯片的喇叭輸出管腳驅(qū)動揚聲器, 便可以讀出測得的厚度值。存儲器電路用于存儲厚度值, 其數(shù)據(jù)的寫入和讀出受CPU 控制。測量時CPU 控制寫選通信號WRITE, 將測量數(shù)據(jù)存入存儲器中; 當(dāng)需要將測量數(shù)據(jù)上傳到PC 時, CPU 控制讀選通信號READ,將測量數(shù)據(jù)從存儲器中讀出。USB 通用串行總線接口電路用于把從存儲器電路中讀出的厚度值數(shù)據(jù)通過U SB 電纜上傳至PC機, 其數(shù)據(jù)的發(fā)送過程受CPU 控制。這種接口具有快速、即插即用和支持熱插拔的特點, 通訊速率最高達(dá)12Mbps, 即使是傳輸大量測量數(shù)據(jù), 也不會造成數(shù)據(jù)傳輸時測量人員長時間等待的問題。總體來說, 具體實施程序為由CPU 控制超聲發(fā)射電路, 激勵超聲發(fā)射探頭向被測物體表面發(fā)射超聲波脈沖, 超聲接收探頭接收由被測物體另一側(cè)表面反射的超聲波信號, 送放大電路放大, 厚度波形成電路收到放大后的信號形成厚度方波, 再送計數(shù)電路完成計數(shù), 計數(shù)值送入CPU,由CPU 計算出被測物體的厚度值, 并通過液晶顯示電路顯示輸出; 同時由CPU 控制語音電路, 用語音讀出測量數(shù)據(jù)。測量數(shù)據(jù)還可由CPU 控制輸出至存儲器中存儲,并可以通過USB 總線接口將存儲器中的數(shù)據(jù)上傳至PC。

2 技術(shù)特點測厚儀在CPU 和內(nèi)部程序的控制下, 只有探頭在有效耦合時所采集的真實數(shù)據(jù)才能被傳送至語音系統(tǒng), 實現(xiàn)語音讀數(shù)功能。儀器對一次有效耦合只采集一次有效數(shù)據(jù), 進(jìn)行讀數(shù)發(fā)聲( 可通過設(shè)置進(jìn)行重復(fù)讀數(shù)或改變讀數(shù)次數(shù)) ; 實現(xiàn)從探頭有效耦合、進(jìn)行數(shù)據(jù)采集直至語音發(fā)聲的時間間隔不超過0. 5 s; 該測厚儀帶有切換開關(guān), 可隨意選擇顯示屏或語音輸出方式。儀器其他性能指標(biāo)為測量范圍1. 0~ 200 mm;測量精度為? ( 0. 5% 工件厚度+ 0. 1) mm; 聲速調(diào)節(jié)< 9 999 m/ s; 存儲系統(tǒng)容量約為2 000 個數(shù)據(jù);在液晶顯示屏上可顯示電池容量等。

3 應(yīng)用實例為檢驗儀器的測厚功能, 以標(biāo)準(zhǔn)階梯試塊做了測試試驗, 結(jié)果列于表1, 測試值的偏差均在允許誤差范圍之內(nèi)。另外, 開發(fā)人員還到現(xiàn)場進(jìn)行了測試驗證, 結(jié)果證明完全可滿足現(xiàn)場檢驗的要求。

4 結(jié)論研制的超聲波測厚儀具有對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動語音讀取的功能, 使得檢驗人員可以專心于檢測過程操作, 提高了工作效率, 也減少了由于檢驗空間變換給檢驗員帶來的不便和危險。同時還能提高測量記錄的可靠性, 減少錯誤的發(fā)生。該測厚儀獲得了國家知識產(chǎn)權(quán)局授予的國家發(fā)明專利( 專利號: ZL 2004 1 0058091. 0) 。