超聲波測厚儀方法簡析（一）

測厚的方法很多，相應的儀器也很多，除一般機械法測厚外，常用的測厚儀從原理上有：射線測厚儀、超聲波測厚儀、磁性測厚儀、電流法測厚儀等。超聲波測厚儀與利用其他原理制作的測厚儀相比，有小型、輕便、測量速度快、精度高、電池供電、容器內積累成污垢不影響測量精度等優點。因此，近年來工業上測厚所使用的測厚儀大部分都是超聲波測厚儀。

超聲波測厚儀我國應用的比較早，早在60年代，我國就自行設計制成表頭式CCH-J-1型脈沖反射式測厚儀，并大量生產供用戶使用。現在已應用數字技術制成UTM-101H型數字式測厚儀。

近年來脈沖反射式測厚儀發展非常快。由于采用集成電路，數字式測厚儀小到可以握在手掌之中重量不超過一市斤。測量下限降至0.25毫米，上限一般為幾百毫米，精度可達到0.01毫米。

超聲波測厚儀從原理上分有共振式、脈沖式兩種，下面重點討論脈沖反射式測厚儀。

基本原理

脈沖反射式測厚儀從原理上來說是測量超聲波脈沖在材料中的往返傳播時間t，即：d=c*t/2

如果聲速c已知，那么，測得超聲波脈沖在材料中的往返傳播時間t，就可求得材料厚度d。這種測厚儀可利用表頭或數字管直接表示厚度，使用極為方便。

測厚儀電路工件原理方框圖示于右圖。發射電路輸出一個上升時間很短，脈沖很窄的周期性電脈沖，通過電纜加到探頭上，激發壓電片產生脈沖超聲波，探頭發出的超聲波進入工件，在工件上下兩面形成多次反射。反射波經過壓電片再變成電信號，經放大器放大，由計算電路測出聲波在兩面間的傳播時間t，zui后再換算成厚度顯示出來。

脈沖反射式測厚儀電路概述

脈沖反射式測厚儀電路主要是由于主控器、發射電路、接收放大電路、計算電路、厚度顯示等幾部分組成。

下面就其中幾個主要部分討論如下。

1、發射電路
該電路是經主控器發出的脈沖觸發后，產生一窄的發射脈沖信號，使換能器(探頭)發射超聲脈沖。從提高分辨能力和降低測厚儀范圍的下限考慮，發射脈動沖要上升時間短，脈沖寬度窄，這里需要指出。影響發射脈沖寬度的因素既有電路上的問題，也有探頭的制作問題。從提高靈敏度和擴大測量范圍上限考慮，要求發射功率大。

目前脈沖式超聲波測厚儀均采用晶體管電路和集成電路，為了提高發射強度，需將幾伏電源電壓通過直流變換器升到幾十伏至幾百伏的電壓，供給發射管，借以提高發射強度。

2、接收放大電路
它主要是接收放大工件的底面反射信號。底面反射信號的幅度除受發射脈沖強度影響外，還受被測工件表面光潔度、藕合、材質以及工件底面情況等影響，因此反射信號的幅度變化范圍很大，為使儀器有足夠的靈敏度，要求放大電路有較高的增益。但過分提高增益會使脈沖寬度變寬而影響測量精度。

3、計算電路和厚度顯示
數字式測厚儀測讀zui方便，測量精度也高，精度可達±0.01毫米，目前國內外生產的脈沖式超聲波測厚儀主要是數字式的。下面討論一下數字式測厚儀的計算電路和厚度顯示。