一種基于CPLD的超聲波測厚系統(tǒng)的設(shè)計

(1)儀器上電，進入測量狀態(tài)，CPU首先對CPLD進行初始化，使計數(shù)器及鎖存器清零，CPLD等待CPU的發(fā)射請求。
(2)若接收到CPU的發(fā)射請求，CPLD產(chǎn)生一個幾百納秒的觸發(fā)信號，開通高壓電路，激勵探頭產(chǎn)生超聲波，同時啟動計數(shù)器開始計數(shù)。根據(jù)測厚儀1～300 mm的測量范圍，采用軟件自帶的一個16位計數(shù)器即可涵蓋所需要的測量范圍。如果CPLD的資源比較緊張，還可以用VerilogHDL語言設(shè)計一個合適位數(shù)的計數(shù)器(例如12位計數(shù)器)，以達到合理利用資源的效果。
(3)如果CPLD在合理的時間內(nèi)未接收到回波信號，則回波有效標志位為0，鎖存器里的數(shù)據(jù)無效，CPU不讀取。當CPLD接收到回波信號時，還需對接收的回波信號做寬度檢測，僅當回波寬度在合理范圍內(nèi)，才認為是有效的，回波寬度檢測是為了避免由于探頭藕合不良而引起讀數(shù)不準確的情況。
(4)CPLD檢測到有效回波時，鎖存回波從發(fā)射到接收所用的時間、回波的前沿及后沿等相關(guān)信息，回波有效標志位置1，CPU讀取所需的信息。值得注意的是，在超聲測厚儀回波的數(shù)據(jù)采集中，只檢測回波的前、后沿，根據(jù)對稱性計算出其中點，而不必花費更多的資源計算其峰值。這樣做使儀器的結(jié)構(gòu)更簡單，體積更小巧，功耗也較低。本程序進行連續(xù)采集256次數(shù)據(jù)累加求厚度的平均值，再進行十六進制到十進制的轉(zhuǎn)換，顯示出十進制的厚度值。

5 結(jié)束語
超聲測厚儀中應用低功耗CPLD，可降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)的可靠性，縮小設(shè)計的物理體積，靈活性更好，而且在滿足測量精度的前提下，大大降低了儀器整體的靜態(tài)功耗。本系統(tǒng)的結(jié)論：
(1)本系統(tǒng)探頭及測厚不受工件形狀厚薄限制，靈敏度高。
(2)本系統(tǒng)性能指標達到如下數(shù)值：
探傷靈敏度余量>=46 dB；
垂直線性誤差=5％；
水平線性誤差=1％；
衰減精度每12 dB±0．6；
分辯率>=22 dB；
動態(tài)范圍>=32 dB；
測厚精度0．05 mm。