基于STM32的超声波换能器特性测量系统研究

发布时间：2020-04-06 17:23

【摘要】：超声波设备能实现高自动化的连续在线检测或加工,这类设备可靠性高且无环境污染,代表了精密检测和精密加工的发展方向。超声波换能器是超声设备的关键部件,其性能对超声波设备的有效性和稳定性有较大影响,因此对换能器的部分关键参数进行测量以实现对其性能做出评判的系统的研究具有极大的意义。目前对应用于不同场合的超声波换能器的性能评价缺少对应标准,很长一段时间以来都是凭经验来判定。本课题针对超声检测的低频率小功率超声波换能器进行性能检测研究,参考类似测量实验后采用最大振幅,平均振幅和相位差作为超声波换能器特性测量指标,以此评判超声波换能器工作时的可靠性和稳定性,为评判这类换能器质量提供科学合理的依据。本文先介绍了超声波的本质特点和超声波换能器的通用评价标准,针对本课题换能器的特点和对应性能评价指标,着重分析现有的多种振幅及相位差的测量原理优缺点,选择适合本课题的测量原理并制定相应的测量系统方案。其次采用意法半导体公司的STM32F407芯片为主控制器,利用其内置信高速A/D转换器对经信号调理后的超声波回波信号进行模数转换,用硬件描述语言实现对数据采集、数据缓存和数据传输的控制。设计相应的回波整流和低通滤波电路,实现对超声波回波信号的放大和滤波。充分发挥高速串行总线RS485的传输速度快、传输协议简单、通用性强等优点,设计了以Sipex公司专用接口芯片SP3485为核心的串口数据传输,以此来实现STM32F4与上位机之间的高速数据传输,并在LabVIEW正开发环境下完成主机应用程序设计,实现对数据的处理和计算。最后研究相应的超声波信号降噪处理算法,在MATLAB软件下实现对所研究算法的仿真分析,证明所采用的降噪算法切实可行,能提高测量参数的精度。将本课题设计测量系统测得数据与标准设备和方法的测量数据进行对比验证,经过实验室条件下的实际测量证明了测量系统稳定性。通过对同一批次换能器的检测,验证了本测量系统可以实现对换能器回波信号振幅和相位差的准确测量,以此评判超声波换能器性能,能较好的实现对超声波换能器的品质检验。
【图文】：

图 2.1 异或门测量法信号相位差示意图处理器或定时、计数器对脉冲宽度计数，通过计数结果位差脉冲电压；周期脉冲电压。数法精度较高，但存在以下问题：用比较器进行过零比信号造成一部分不确定的相移，以及频率相关性、不难以同步地获取异或后脉冲宽度和信号的周期并测量。近似法.2 所示，直线近似法即是在高采样率下，将过零点两直线。

图 2.1 异或门测量法信号相位差示意图器或定时、计数器对脉冲宽度计数，通过计数结果得出脉冲电压；脉冲电压。精度较高，但存在以下问题：用比较器进行过零比较误造成一部分不确定的相移，，以及频率相关性、不平衡步地获取异或后脉冲宽度和信号的周期并测量。似法示，直线近似法即是在高采样率下，将过零点两侧的。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB552

【参考文献】

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本文编号：2616802