研制测厚仪遇到的关键问题
1 往返时间的测量
往返时间的测量有以下三种方法：
(1)测量发射波T与第一次底波B1之间的时间;
(2)测量第一次底波B1与第二次底波B2之间的时间;
(3)测量其后任意两相邻波之间的时间。
以上三种测量方式的选择可以通过不同的电路来实现，但它们对仪器的性能 有很大的影响。如果选择第一种测量方法，则因发射脉冲幅度特别大，且种测量 方法，由于脉宽窄，能探测薄的材料，此时若用高频探头(10MHz)，就能探测更薄的材料，因而拓宽了仪器测量下限。如果选择第三种测量方法，效果和第二种 不相上下，但数据采集较困难，且杂波较多。第二和第三种测量方法的测量电路 较复杂，成本较高。我们在研制过程中，考虑到量程要求，采用了第二种测量方 法。为了方便实现电路，我们在发射超声波的同时设计了一个计数门，由门脉冲控制计数的起始位置。
2 高速数据采集
由于探头工作频率最高为5MHz，按照采样定理，数据采集速度需在10MHz以上，通常选择为工作最高频率的4～5倍最好，本系统中使用的采样频率为50MHz。仪 器的精度也和数据采集速度密切相关，例如，钢在声波纵波的传播速度为5900m/ s，在一个周期内通过的折反距离为147(mm)(2) 所以仪器的测量精度基本能满足要求，然后再采取一些其它补偿措施，例如 自动校准补偿、软件补偿等，使仪器的精度达到0.01mm。
3 计数问题
在硬件设计中，我们始终以小型化为标准，尽量减少硬件数量，所以单片机 选用美国ATMEL公司生产的高性能AT89C51-20PC的单片机，片内有E2PROM，采用 电擦除方式，程序修改方便，内存容量足够，不增加任何外围设备。而计数器采用三态输出的8位二进制计数器74HC590一片。但仪器要求测量上限为200mm，因此 计数上限为：
通过计算发现只用一片8位二进制计数器74HC590是不能满足计数要求的。所 以在设计中为了避免74HC590的级联，设计中用单片机内部计数器T0也参与计数。 但单片机的计数器的最高频率一般仅为振荡频率的1/24，即在单片机外接12MHz 晶振时，计数的最高频率为0.5MHz，而74HC590的进位信号为一个与计数时钟同频的脉冲，因此单片机无法对其进行计数。为了解决这个问题，把T0脚接到74HC590的最高输出端，对计数时钟进行28分频后计数，这样，当T0工作于方式1，则总计数值可以到28+16=224。
4 多功能的体现
多功能主要由AT89C51-20PC的软件处理的实现及更换不同探头及达到不同测 量范围来体现。主要表现在以下几个方面：
(1)体积小，便于携带 在电路中的除了选用低功耗的单片机外，器件尽量使用CMOS集成电路。由于 仪器中很多元件都有特殊要求，特别是高频、高压、低噪等的特殊器件，尽量使 用MAXIM公司贴片式芯片。
(2)操作简单
整个操作键仅五个，不需任何操作训练。
(3)自动校准
要想得到精确的测量结果还必须修正由于探头接触测试件所 引起的接触滞后及其它装配所引起的滞后，我们采用下列公式来进行修正：
D=V(t-Tn)/2(4) 式中，Tn为初值补偿系数。我们在仪器中采用自动设置补偿系数达到自动校 准目的。
(4)测量状态显示
可由仪器提示是测材料厚度还是测声速。如测声速则输入厚度值;如测厚度 则首先进行自动校准后即可测量。还可通过显示屏上的显示符号可知当前测厚仪 是处于哪一种测量状态，提示操作者。
(5)耦合状态显示
如果在测量操作中，测量探头和工作面耦合得不好，立即会有一个符号提示 操作者。
(6)背光显示
在液晶显示器下有一个背光条，便于在光线不好的工作现场操作时打开背光 。
(7)公英制转换
主要考虑到测量显示单位和国际仪器单位接轨。
(8)上、下限报警
操作员可根据自己的需要设置上、下限报警值，若超出此值，仪器自动报警 。
(9)数据保存
每次开机时自动保持上一此测量结果。
(10)电源电压不足显示
仪器电源由于采用的是干电池，电路除了采用低功耗的器件外，电源设计成 断续小电流工作方式，探头未接触样品时，仪器仅工作在维持启动状态，当探头 接触样品时，电路才开始工作。在使用一段时间后，若电源电压不足时，为防止 误操作，仪器自动提醒使用者。
(11)更换不同探头，实现不同测量范围