超声波测厚仪方法简析（一）

测厚的方法很多，相应的仪器也很多，除一般机械法测厚外，常用的测厚仪从原理上有：射线测厚仪、超声波测厚仪、磁性测厚仪、电流法测厚仪等。超声波测厚仪与利用其他原理制作的测厚仪相比，有小型、轻便、测量速度快、精度高、电池供电、容器内积累成污垢不影响测量精度等优点。因此，近年来工业上测厚所使用的测厚仪大部分都是超声波测厚仪。

超声波测厚仪我国应用的比较早，早在60年代，我国就自行设计制成表头式CCH-J-1型脉冲反射式测厚仪，并大量生产供用户使用。现在已应用数字技术制成UTM-101H型数字式测厚仪。

近年来脉冲反射式测厚仪发展非常快。由于采用集成电路，数字式测厚仪小到可以握在手掌之中重量不超过一市斤。测量下限降至0.25毫米，上限一般为几百毫米，精度可达到0.01毫米。

超声波测厚仪从原理上分有共振式、脉冲式两种，下面重点讨论脉冲反射式测厚仪。

基本原理

脉冲反射式测厚仪从原理上来说是测量超声波脉冲在材料中的往返传播时间t，即：d=c*t/2

如果声速c已知，那么，测得超声波脉冲在材料中的往返传播时间t，就可求得材料厚度d。这种测厚仪可利用表头或数字管直接表示厚度，使用极为方便。

测厚仪电路工件原理方框图示于右图。发射电路输出一个上升时间很短，脉冲很窄的周期性电脉冲，通过电缆加到探头上，激发压电片产生脉冲超声波，探头发出的超声波进入工件，在工件上下两面形成多次反射。反射波经过压电片再变成电信号，经放大器放大，由计算电路测出声波在两面间的传播时间t，zui后再换算成厚度显示出来。

脉冲反射式测厚仪电路概述

脉冲反射式测厚仪电路主要是由于主控器、发射电路、接收放大电路、计算电路、厚度显示等几部分组成。

下面就其中几个主要部分讨论如下。

1、发射电路
该电路是经主控器发出的脉冲触发后，产生一窄的发射脉冲信号，使换能器(探头)发射超声脉冲。从提高分辨能力和降低测厚仪范围的下限考虑，发射脉动冲要上升时间短，脉冲宽度窄，这里需要指出。影响发射脉冲宽度的因素既有电路上的问题，也有探头的制作问题。从提高灵敏度和扩大测量范围上限考虑，要求发射功率大。

目前脉冲式超声波测厚仪均采用晶体管电路和集成电路，为了提高发射强度，需将几伏电源电压通过直流变换器升到几十伏至几百伏的电压，供给发射管，借以提高发射强度。

2、接收放大电路
它主要是接收放大工件的底面反射信号。底面反射信号的幅度除受发射脉冲强度影响外，还受被测工件表面光洁度、藕合、材质以及工件底面情况等影响，因此反射信号的幅度变化范围很大，为使仪器有足够的灵敏度，要求放大电路有较高的增益。但过分提高增益会使脉冲宽度变宽而影响测量精度。

3、计算电路和厚度显示
数字式测厚仪测读zui方便，测量精度也高，精度可达±0.01毫米，目前国内外生产的脉冲式超声波测厚仪主要是数字式的。下面讨论一下数字式测厚仪的计算电路和厚度显示。