1 往返時間的測量
往返時間的測量有以下三種方法：
（1）測量發(fā)射波T與第一次底波B1之間的時間；
（2）測量第一次底波B1與第二次底波B2之間的時間；
（3）測量其后任意兩相鄰波之間的時間。
以上三種測量方式的選擇可以通過不同的電路來實現(xiàn)，但它們對儀器的性能 有很大的影響。如果選擇第一種測量方
法，則因發(fā)射脈沖幅度特別大，且種測量 方法，由于脈寬窄，能探測薄的材料，此時若用高頻探頭（10MHz），就能探
測更薄的材料，因而拓寬了儀器測量下限。如果選擇第三種測量方法，效果和第二種 不相上下，但數(shù)據采集較困難，
且雜波較多。第二和第三種測量方法的測量電路 較復雜，成本較高。我們在研制過程中，考慮到量程要求，采用了第
二種測量方 法。為了方便實現(xiàn)電路，我們在發(fā)射超聲波的同時設計了一個計數(shù)門，由門脈沖控制計數(shù)的起始位置。
2 高速數(shù)據采集
由于探頭工作頻率最高為5MHz，按照采樣定理，數(shù)據采集速度需在10MHz以上，通常選擇為工作最高頻率的4～5倍最
好，本系統(tǒng)中使用的采樣頻率為50MHz。儀 器的精度也和數(shù)據采集速度密切相關，例如，鋼在聲波縱波的傳播速度
為5900m／ s，在一個周期內通過的折反距離為147（mm）（2） 所以儀器的測量精度基本能滿足要求，然后再采取一些
其它補償措施，例如 自動校準補償、軟件補償?shù)?，使儀器的精度達到0．01mm。
3 計數(shù)問題
在硬件設計中，我們始終以小型化為標準，盡量減少硬件數(shù)量，所以單片機 選用美國ATMEL公司生產的高性能AT89C51
－20PC的單片機，片內有E2PROM，采用 電擦除方式，程序修改方便，內存容量足夠，不增加任何外圍設備。而計數(shù)器
采 用三態(tài)輸出的8位二進制計數(shù)器74HC590一片。但儀器要求測量上限為200mm，因此 計數(shù)上限為：
通過計算發(fā)現(xiàn)只用一片8位二進制計數(shù)器74HC590是不能滿足計數(shù)要求的。所 以在設計中為了避免74HC590的級聯(lián)，
設計中用單片機內部計數(shù)器T0也參與計數(shù)。 但單片機的計數(shù)器的最高頻率一般僅為振蕩頻率的1／24，即在單片機外接
12MHz 晶振時，計數(shù)的最高頻率為0．5MHz，而74HC590的進位信號為一個與計數(shù)時鐘同頻的脈沖，因此單片機無法對其
進行計數(shù)。為了解決這個問題，把T0腳接到74HC590的最高輸出端，對計數(shù)時鐘進行28分頻后計數(shù)，這樣，當T0工作于
方式1，則總計數(shù)值可以到28＋16＝224。
4 多功能的體現(xiàn)
多功能主要由AT89C51－20PC的軟件處理的實現(xiàn)及更換不同探頭及達到不同測 量范圍來體現(xiàn)。主要表現(xiàn)在以下幾個方
面：
（1）體積小，便于攜帶 在電路中的除了選用低功耗的單片機外，器件盡量使用CMOS集成電路。由于 儀器中很多
元件都有特殊要求，特別是高頻、高壓、低噪等的特殊器件，盡量使 用MAXIM公司貼片式芯片。
（2）操作簡單
整個操作鍵僅五個，不需任何操作訓練。
（3）自動校準
如（1）式所示，要想得到精確的測量結果還必須修正由于探頭接觸測試件所 引起的接觸滯后及其它裝配所引起的滯
后，我們采用下列公式來進行修正：
D＝V（t－Tn）／2（4） 式中，Tn為初值補償系數(shù)。我們在儀器中采用自動設置補償系數(shù)達到自動校 準目的。
（4）測量狀態(tài)顯示
可由儀器提示是測材料厚度還是測聲速。如測聲速則輸入厚度值；如測厚度 則首先進行自動校準后即可測量。還
可通過顯示屏上的顯示符號可知當前測厚儀 是處于哪一種測量狀態(tài)，提示操作者。
（5）耦合狀態(tài)顯示
如果在測量操作中，測量探頭和工作面耦合得不好，立即會有一個符號提示 操作者。
（6）背光顯示
在液晶顯示器下有一個背光條，便于在光線不好的工作現(xiàn)場操作時打開背光 。
（7）公英制轉換
主要考慮到測量顯示單位和國際儀器單位接軌。
（8）上、下限報警
操作員可根據自己的需要設置上、下限報警值，若超出此值，儀器自動報警 。
（9）數(shù)據保存
每次開機時自動保持上一此測量結果。
（10）電源電壓不足顯示
儀器電源由于采用的是干電池，電路除了采用低功耗的器件外，電源設計成 斷續(xù)小電流工作方式，探頭未接觸樣品
時，儀器僅工作在維持啟動狀態(tài)，當探頭 接觸樣品時，電路才開始工作。在使用一段時間后，若電源電壓不足時，為
防止 誤操作，儀器自動提醒使用者。
（11）更換不同探頭，實現(xiàn)不同測量范圍