測厚儀研製（zhì）中主（zhǔ）要的關鍵問題：往返時間（jiān）的測量，高（gāo）速數據采（cǎi）集（jí），計數問（wèn）題（tí），多功能的體現。
1.往返時間的測量
往返時間的測量有以下三種方（fāng）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)測量其後任意兩（liǎng）相鄰波之間的時間。
以上三種測量方式的選（xuǎn）擇可以通過不同（tóng）的電路來實現，但它們（men）對儀器的性能 有（yǒu）很（hěn）大（dà）的影響。如果選擇第一種（zhǒng）測量方法，則因發射脈衝幅度特別大（dà），且種測量 方法，由於（yú）脈寬（kuān）窄，能探測薄（báo）的材料，此時若用高頻探頭(10MHz)，就能（néng）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，但數據采集較困難，且雜波較多。第二（èr）和第（dì）三種測量方法的測量電路 較複雜，成本較高。我們在研（yán）製過程中，考慮到量程（chéng）要求，采用了第二種測（cè）量方 法。為了（le）方便實（shí）現電路，我們（men）在（zài）發射超聲（shēng）波的同時（shí）設計了一個（gè）計數門（mén），由門脈衝控製計數的起始位置。
2.高速數（shù）據采集
由於探頭工作頻率最高為5MHz，按照（zhào）采樣定理，數據采集速度需在10MHz以上，通常選（xuǎn）擇為工作（zuò）最高頻率的4～5倍最好，本係統中使用的采（cǎi）樣頻率為50MHz。儀（yí） 器的精（jīng）度也（yě）和數據采集速度密切相關，例如，鋼在聲波縱波的傳（chuán）播速度為5900m/ s，在一個（gè）周（zhōu）期內通過的折反距離為147(mm)(2) 所以儀（yí）器的測量精度基本能滿足要求，然後再采取一些其它補（bǔ）償措施（shī），例如 自動（dòng）校準補償、軟件補償等，使儀器的精（jīng）度達到0.01mm。
3.計數問題
在硬件設計中，我們始終以小型化為標準，盡量減少硬件（jiàn）數量，所以單（dān）片機 選用美國（guó）ATMEL公司生產的高性能AT89C51-20PC的（de）單片（piàn）機，片內有E2PROM，采用 電擦除（chú）方式，程序修改方便，內存容量足夠，不增加（jiā）任何外圍設備。而計數器采 用三態輸出（chū）的8位二進製計數器74HC590一片。但儀器要求測量上限為200mm，因此 計數上限為：
通（tōng）過計算發現隻用一（yī）片8位二進製計數器74HC590是不能滿足計數要（yào）求的（de）。所（suǒ） 以（yǐ）在設計中為了避（bì）免74HC590的級（jí）聯，設計中用（yòng）單片機內部計數器T0也參與計數。 但單片機的計數器的最高頻率一般僅為振蕩頻率的1/24，即在單片（piàn）機外接12MHz 晶振（zhèn）時，計數的最高頻率為0.5MHz，而74HC590的進位信號為一個與計數（shù）時鍾同頻（pín）的脈衝，因此（cǐ）單片機無法對其（qí）進行計數。為了解決這個問題，把T0腳接到74HC590的最高輸（shū）出端，對計數時鍾進行28分頻後計數，這樣，當T0工作於方式1，則總計數值可以（yǐ）到28+16=224。
4.多功能的體現
多（duō）功（gōng）能主要由（yóu）AT89C51-20PC的軟件處理的實現及更換不同探頭及達（dá）到不同測 量範圍來體現。主要表現在以下幾個方麵：
(1)體積小，便（biàn）於攜帶 在電路中（zhōng）的除了選用低功耗的單片機外，器件盡量使用CMOS集（jí）成電路。由於（yú）儀器中很多元件都有特殊要求，特別是高頻、高壓、低噪等的（de）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（dé）到（dào）精確的測量（liàng）結果（guǒ）還必須修正由於探頭接（jiē）觸（chù）測試件所 引起的（de）接觸滯後（hòu）及其它裝配所引起的滯後，我們采用下（xià）列（liè）公式來進行修正：
D=V(t-Tn)/2(4) 式中，Tn為初值（zhí）補償係數（shù）。我（wǒ）們在儀器中采用（yòng）自動（dòng）設置補償係數達到自動（dòng）校 準目的。
(4)測（cè）量狀態顯示
可由儀器（qì）提示是測材料厚度還是測聲速。如測聲速則輸入厚度值（zhí）;如測厚度（dù） 則首先進行自動校（xiào）準後即可測量。還可通過（guò）顯示屏上的顯示符號可（kě）知當前測厚儀 是（shì）處於哪（nǎ）一種測量狀態，提示（shì）操作者。
(5)耦合狀態顯示
如果在測量操作中，測量探頭和（hé）工作麵（miàn）耦合得不好，立即會有（yǒu）一個符號提示 操作者。
(6)背光顯示
在液（yè）晶顯示器（qì）下有（yǒu）一（yī）個背（bèi）光條，便於在光線不好的（de）工作現場操作（zuò）時打開背光 。
(7)公英製轉換
主要考慮到測量（liàng）顯示單位和國際儀器（qì）單位接軌。
(8)上、下限報警（jǐng）
操作員可根據自（zì）己（jǐ）的（de）需要設置上、下限報警值，若超出此值，儀器自動報警 。
(9)數據保（bǎo）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（qì）電源由於采用的是幹電池，電（diàn）路除了采用低功耗的器件外，電源設計（jì）成 斷續小（xiǎo）電流工作方（fāng）式（shì），探頭未接觸樣品時，儀器僅（jǐn）工作在維持啟（qǐ）動狀態，當探（tàn）頭 接觸樣品時，電路才開始工作。在使用一段時間後，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（tóng）探頭，實現不（bú）同測量範圍（wéi）
