基于MCS-51单片机的智能辐射测厚仪

　　0　引言

　　目前,在金属带材轧制生产线上使用的在线自动测厚仪品种很多,其中核辐射测厚仪由于具有非接触式、精度高、灵敏度高、能适应各种复杂环境等优点,因而被广泛应用于锌片、铝带、铜带、不锈钢板等各种薄型带材的在线厚度测量。智能化核辐射测厚仪利用透射式核辐射探测方法,采用单片机技术实现仪器的工作状态自动识别、动态自动校正、动态温度补偿、人工修正以及各种工作参数的键盘输入、查询以及掉电保护等功能,具有精度高、稳定性和可靠性好、使用和维护方便等特点。

　　1　辐射测厚原理

　　辐射测厚仪是利用物质对射线的吸收近似服从指数衰减规律的原理而进行物料厚度测量的,其工作原理如图1所示。

　　放射源和探测器分别置于被测物的两侧,被测材料越厚,核辐射被吸收越多,探测器测到的辐射量就越少,反之亦然。物质对射线的吸收为

式中:I0为被测物厚度t=0(即无被测物)时的辐射量;It为被测物厚度为t时的辐射量;t为被测物厚度;ρ为被测物的密度;μ为被测物对射线的吸收系数。

　　对式(1)求自然对数,得

　　由式(2)可知,当μρ恒定时,通过测量辐射量It,就可根据预定的运算模式计算出被测物的厚度值t.

　　2　硬件设计

　　硬件主要包括传感器和主机两个部分。传感器由源盒和探测器两部分组成。源盒内除放射源外还装有校正用的标样及其驱动装置,用于状态识别的光电传感器以及用于温度补偿的温度传感器。探测器主要部件有用于接收射线的电离室和高输入阻抗的前置放大器。

　　2·1　结构原理

　　主机由CPU、EPROM、RAM、主放大器、模拟开关、A/D、D/A、键盘、数字显示、状态指示、状态识别与控制、光电隔离、打印接口、串行接口和V/I转换等功能单元构成。如图2所示。

　　来自传感器的厚度电压信号经主放大器进一步放大和分压调整后(将无被测物时的电压信号调整至约2 V)送至模拟开关。来自传感器的两路温度补偿信号(60~5℃/0~2 V)直接送至模拟开关。CPU根据测量或校正需要分时选通厚度或温度信号去A/D转换后读数并进行相应的数据处理,然后将计算出被测物的厚度值或偏差厚度值送去数字显示,或通过D/A和V/I转换后送去模拟量输出(0~10 mA或4~20 mA可选),或通过串行口送去上位计算机,或通过打印口送去打印机打印出来。

　　来自传感器的状态识别信号经光电隔离和状态识别单元后由CPU进行识别,判断有无被测物。当测量缝隙无被测物时,CPU发出控制信号经状态控制单元和光电隔离后送至传感器的驱动装置,启动电机带动转盘将传感器内的标样板送至放射源出射口,来自传感器限位开关的状态信号经CPU判断为到位后,CPU发出停电机信号并进入自动校正状态。当测量缝隙有被测物时,CPU发出控制信号启动电机带动转盘将标样板移开,打开放射源出射口,来自传感器限位开关的状态信号经CPU判断为到位后,CPU发出停电机信号并进入测量状态。