高精度超声波位移测量方法的研究

发布时间：2020-02-02 05:32

【摘要】：超声波位移测量作为一种无损测量方法应用越来越广泛,尤其是超声波具有良好的穿透性并且不损害被测物体这一特点使得超声波在厚度等特殊位移测量场合有着得天独厚的优势。由于受超声波本身特性的影响,如不同温度、不同材料下超声波的传播速度不同,超声波在介质中容易衰减等使得超声波位移测量的精度并不高。若要提高超声波位移测量的精度,则它的系统的成本与复杂性也随之提升。本课题主要对前人几种高精度超声波位移测量方法进行总结,对前人方法的优缺点进行分析,进而提出了一种新方法。本方法的创新点在于将超声波位移的测量转化为频率的测量,并使用锁相环稳定输出信号的频率,使得超声波位移测量的精度进一步提升,解决了超声波位移测量精度很难提高的技术瓶颈,并进一步降低了成本。本课题主要对超声波的基本原理进行分析,据此选择了相应的超声波探头,并对各个硬件电路进行设计,硬件电路由键盘输入电路、超声波发射电路、超声波接收电路、信号处理电路、锁相环电路、速度校准电路以及液晶显示电路等构成,重点对超声波发射电路和锁相环电路进行设计分析。通过对各个电路进行仿真来对电路的参数进行初步设计,并对各个电路分别进行实验测试,进一步优化相关参数的设计以及相关芯片的选择。通过不同厚度小钢板的测量结果,对理论与实际的分辨率进行分析计算,并对测量误差产生的原因进行分析,进一步优化性能指标。本方法具有结构简单,成本低,并且容易达到很高的精度,在小位移测量尤其是测厚等高精度位移测量场合有着广泛的应用前景。
【图文】：

直探头,双晶,超声波探头,纵波

片可以一个负责发、一个负责收，这样就能消除余振的影响，也可以避免发射电路高功逡逑率信号对接收电路的影响。位移越小时，余振的影响越大，本课题针对的是小位移测量，逡逑因此选择双晶纵波直探头，如图３．２所示。逡逑蠢逡逑小直径棒材的检测逡逑Ｓ邋Ｓ逡逑双金属结合质量的检测逦管壁厚度的测量逡逑图３．２纵波双晶直探头逡逑Ｆｉｇ．邋３．２邋Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ邋ｗａｖｅ邋ｓｔｒａｉｇｈｔ邋ｐｒｏｂｅ邋ｗｉｔｈ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｔｗｉｎ逡逑３．１．２超声波探头频率的选择逡逑超声波发射探头频率的选择主要基于以下几点：逡逑（１）如果传播的位移大，超声波的衰减也就越大，位移越大超声波信号的幅值呈指逡逑数趋势衰减。逡逑１５逡逑

激励脉冲,宽度控制,电路仿真

Ｆｉｇ．邋３．５邋Ｔｈｅ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｒｅｓｕｌｔ邋ｏｆ邋ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ邋ｐｕｌｓｅ邋ｗｉｄｔｈ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑激励脉冲驱动电路逡逑课题使用的超声波探头工作电压选为１００Ｖ，从单稳态触发器输出的电此需要进行电压放大。由于超声波往返一次时间非常短，因此驱动电路够快，并且要求放大后的激励脉冲为不失真以及保持一定宽度的矩形波。转换速度快，高频特性好的优点。由于要放大的是ｌ00ｎｓ宽度的脉冲，频率响应要足够快，提高激励信号的保真度，从工程设计角度讲，耐压０％到１００％的安全余量，即在２００Ｖ以上。逡逑课题选用ｍｏｓ管中的ＶＮ２４０６Ｌ。它具有高速、高耐压的特点并且具有度，上升时间和下降时间最大分别为８ｎｓ和２４ｎｓ，导通和闭合延时时间和２３ｎｓ，并且它的耐压值能达到２４０Ｖ，能够很好满足放大单稳态触发器７冲的要求。逡逑２４０６端对地接一个１０ＫＱ的电阻，以便Ｇ端关闭时可以快速关闭，加电路图如图３．６所示，超声波探头是一个电容性负载，在图中用Ｃ４表示
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG115.285

【参考文献】