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用十分廣泛的檢驗技術, 該技術主要通過測量材料的實際厚度來判斷其是否發生腐蝕減薄, 并能準確地測量出材料的蝕失減薄量。該技術的優點是操作簡便、測量準確、精度高。但在實際檢測中由于有些工作條件較差, 環境復雜, 如在高空或狹窄空間作業時,檢驗員要一只手持儀器, 另一只手進行測量, 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險, 甚至還容易造成檢測結果的失真或錯誤。目前多數超聲波測厚儀主機仍是配置RS232標準串行通訊接口電路, 以與微型打印機或PC 連

接。但RS232 標準串行通訊是一種低速的數據傳輸技術, 傳輸速率一般在9 600~ 38 400 bps 之間。在傳送大量的檢測數據時, 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, 并能快速上傳數據,從而能更好地滿足實際工作的需要。

1 結構設計

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

語音電路用于實現語音報數, 其語音芯片與CPU 連接, 輸出的語音受CPU 控制。CPU 經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, 其數據的寫入和讀出受CPU 控制。測量時CPU 控制寫選通信號WRITE, 將測量數據存入存儲器中; 當需要將測量數據上傳到PC 時, CPU 控制讀選通信號READ,將測量數據從存儲器中讀出。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據通過U SB 電纜上傳至PC機, 其數據的發送過程受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12Mbps, 即使是傳輸大量測量數據, 也不會造成數據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 控制超聲發射電路, 激勵超聲發射探頭向被測物體表面發射超聲波脈沖, 超聲接收探頭接收由被測物體另一側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, 再送計數電路完成計數, 計數值送入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, 用語音讀出測量數據。測量數據還可由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據上傳至PC。

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

3 應用實例為檢驗儀器的測厚功能, 以標準階梯試塊做了測試試驗, 結果列于表1, 測試值的偏差均在允許誤差范圍之內。另外, 開發人員還到現場進行了測試驗證, 結果證明完全可滿足現場檢驗的要求。

4 結論研制的超聲波測厚儀具有對測量數據進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, 減少錯誤的發生。該測厚儀獲得了國家知識產權局授予的國家發明專利( 專利號: ZL 2004 1 0058091. 0) 。