超聲波檢測，也叫超聲檢測，是利用超聲波技術(shù)進行檢測工作的，是五種常規(guī)無損檢測方法的一種。無損檢測是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對被檢驗部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進行檢查的一種檢測手段，Nondestructive Testing。當(dāng)今國內(nèi)有關(guān)的超聲波檢測標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4730.3，GB/T11345-1989，CB/T3559-2011等，JB/T4730.3為一個比較綜合性的標(biāo)準(zhǔn)，而后面兩個標(biāo)準(zhǔn)為焊縫檢測標(biāo)準(zhǔn)，還有其它的的鋼板，鑄鍛件等檢測標(biāo)準(zhǔn)，使用者可根據(jù)需要進行相應(yīng)的查詢。
由于超聲波檢測一般采用LM1812，雖效果較好，但價格較貴，且要用到電感等易引入干擾的元件。用作測距的聲波其波長一般在40kHz左右，正好落在LM567可捕捉的范圍內(nèi)，因此完全可用它作為超聲波檢測集成電路。下面將介紹基于LM567的超聲波檢測設(shè)計。
1.LM567內(nèi)部功能
LM567是一種常見的低價解碼集成電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。LM567內(nèi)部包含了兩個鑒相器、放大器、電壓控制振蕩器VCO等單元。其典型的應(yīng)用電路如圖2所示。鎖相環(huán)路輸出信號由電壓控制振蕩器VCO產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率(即無外加控制電壓時的振蕩頻率)與腳5、6外接定時元件R1C1的關(guān)系式為：f0≈1/1.1R1C1。
選用適當(dāng)?shù)亩〞r元件，可使LM567的振蕩頻率在0.01Hz～500kHz內(nèi)連續(xù)變化。腳1、2外接濾波電容C2、C3。LM567一般作為鎖相環(huán)路解碼器，即當(dāng)從腳3輸入的信號的頻率在f0附近的帶寬BW范圍內(nèi)時信號被捕捉到，從輸出腳8輸出低電平(未捕捉時為高電平)。帶寬BW可由下式計算：
式中，ui為輸入信號的有效值(rms)，ui《200mV。C2為濾波電容(單位為iF)，調(diào)節(jié)它可調(diào)節(jié)帶寬。
圖1 LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖
圖2 典型應(yīng)用電路
實際上，由上式計算得出的并不是環(huán)路帶寬BW的實際值，而是環(huán)路帶寬BW與環(huán)路中心頻率f0的百分比，其值再乘上100%才是鎖相環(huán)路的實際捕獲帶寬。對輸入信號的要求是ui》20mV，上式是圖3所示。可見ui》200mV時帶寬僅由f0與C2的積決定。
圖3 帶寬與輸入電壓及C2的關(guān)系
2.基于LM567的超聲波檢測
圖4是超聲波測距電路。單片機從P1.7發(fā)出約40kHz的方波，經(jīng)三極管T后從超聲波發(fā)射頭發(fā)出超聲波，同時單片機內(nèi)的定時器開始定時;超聲波碰到液面后反射回來被接收頭接收;經(jīng)過兩級運放A1、A2放大后送到LM567的輸入端(腳3);LM567捕捉到超聲波后輸出低電平，此負跳變可作為中斷輸入引起單片機中斷，定時器停止定時，定時器定時時間即為超聲波從發(fā)射到接收的時間t;單片機計算出距離：h1=vt/2，其中v為超聲波在空氣中的波速。
圖4 用LM567檢測超聲波的測距電路圖
LM567存在著輸出延時，LM567的最大輸出延時與帶寬的關(guān)系如圖5所示，可見最大延時在27個以上超聲波周期之間，本設(shè)計中延時選定為27個超聲波周期。延時并不影響測量，在測量程序設(shè)計時可將它減去，但要求延時較固定。由圖3、5可知為使延時比較固定，就要求有較固定的捕捉帶寬，這就要求運放要有足夠大的放大倍數(shù)，以使輸入信號足夠大。但輸入LM567的信號又不能太大，否則易引入干擾信號造成LM567輸出不穩(wěn)定。本設(shè)計中運放的總放大倍數(shù)小于200;帶寬BW為5%左右。
圖5 輸出延時與帶寬的關(guān)系
單片機測量程序流程如圖6所示。
圖6 程序流程圖
3.實驗結(jié)果
本設(shè)計的實驗結(jié)果如表1所列，用LM567作超聲波檢測電路不僅價格低，而且測量精度較高。
結(jié)語
本文介紹了解碼集成電路LM567的組成及應(yīng)用電路，并重點介紹了將它用于超聲波檢測時對輸入信號的要求及外圍元件的要求。給出了以LM567作為檢測元件的超聲波測距電路及測量程序流程圖。
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