便携式超声导波工业测温仪系统设计

发布时间：2020-06-13 16:18

【摘要】：在国防工业与航空航天领域,为减少在高温环境下对生产设备的损耗和在高温环境下对产品的稳定性进行检验时,对高温测量设备的实时性、稳定性和精确性提出了越来越高的要求。同时测温装置的小型化、智能化成为测温设备的发展趋势。目前常用的测温设备仍有许多不足之处,比如检测精确度不高、对测温环境条件苛刻或设备笨拙、测温周期较长。本文利用超声导波测温方法设计便携化超声导波测温仪实现对300℃~1800℃温度的实时、精确检测。本文通过对超声导波测温原理的研究,结合设计要求,确定便携式超声导波测温仪设计方案。采用以蓝宝石(AL_2O_3)为敏感元件材料的超声导波测温传感器,该测温传感器可在氧化环境下实现对温度变化的快速响应。便携式超声导波测温系统包括测温硬件系统和基于NiosⅡ处理器的SOPC系统。其中测温硬件系统包括:FPGA硬件控制模块、数字采集模块、信号预处理模块、超声波发射和接收电路。基于NiosⅡ处理器的SOPC系统包括:通过在FPGA内设计数据总线IP核,实现NiosⅡ处理器与外部逻辑模块数据的快速传输。通过在FPGA内设计数据分离模块,实现超声导波回波信号的节点波和端面波快速分离,并且对所采集到的无效数据进行删除。最后在NiosⅡ处理器中实现超声回波信号处理。从而实现测温装置的便携化,本文采用Usart GPU触摸式串口屏为测温装置的显示和控制界面,实现对超声测温装置的参数设置和测温值的实时显示。经过对便携式超声导波测温仪样机的多次验证和分析,所设计的便携式超声导波测温仪能够对被测温场的温度变化实现快速响应。并且在氧化环境下对1800℃以下温度检测,其分辨率小于2%。
【图文】：

中北大学学位论文据经验得出以下函数关系[28]：2E a bT cT（22 d eT fT（2中 a、b、d、e、f 为常量，由超声导波测温传感器的敏感元件材料决定，式 2.2 和 2.3 带入式 2.1 得：22deTfTabTcTC （2.图 2.2 所示，在进行高温检测时超声波在波导杆中传播，传至刻伤处时有射，称之为节点波，剩余部分传至波导杆端点是反射，称为端面波。设刻端点的距离为 S ，端点波和节点波反射致传感器的时延差为 t ，则声速tSc 2（2

超声波在波导杆传播时，不同模态的超声波，频散程度不同。如图2.3（a）所示，扭转模态为非频散模态，其相速度恒等于横波速度，群速度恒定。弯曲模态（F 模态）存在两个方向上的位移，在相同频率范围内其模态数相对较多，，模态的频散现象最为严重。综上所述，本文选取超声导波的模态为纵向模态。如图 2.3（b）所示纵向模态在 50Hz~6MHz 只有一种。并且 50Hz~3MHz 的频带内，无频散现象、群速度和相速度最大，回波信号可以最先到达接收端容易区分。综上所述，本文选取 1MHz 频率的脉冲信号为激励信号。纵向模态导波分为轴向位移分量和径向位移分量。其条件为周向位移分量 u ，ru 、zu 与 无关[30]。当 r 时 0rrrz ，由 Poch Hammer 方程得： 4010201221J a kJ aJ a k J aJ a （2.5）式中：2222kcL 、2222kcT ， 为导波频率，k 为波数
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH811;TB559

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙振华;刘丽;陈凯;刘瑾;李薛;;超声导波在胜利油田埋地管道腐蚀监测中的现场应用与分析[J];内江科技;2019年01期

2 ;“超声导波检测技术应用与发展”专题征稿启事[J];无损检测;2018年09期

3 于淑敏;刘雪芳;;电磁超声导波技术在钢丝绳检测中的应用[J];华电技术;2016年12期

4 田少华;杨录;张艳花;;磁致伸缩超声导波激励电路设计[J];山西电子技术;2016年02期

5 翟明;;管道缺陷检测及评价中超声导波技术的实践探讨[J];科学家;2017年17期

6 薛利杰;张建华;符栋良;;超声导波技术在管道检测中的应用[J];广州化工;2013年15期

7 郑满荣;;压力管道超声导波检测技术应用研究[J];广东科技;2013年18期

8 吴斌;孟涛;何存富;焦敬品;;土壤声学特性的超声导波测量[J];机械工程学报;2006年10期

9 江学荣,杜好阳;无缝钢管超声导波检测技术[J];广东电力;2002年05期

10 李振杰;;超声导波技术在特种设备检测中的应用研究[J];科技风;2019年23期

相关会议论文 前10条

1 宋小军;罗春苟;他得安;王威琪;;自适应Gaussian-Chirplet算法分析长骨中超声导波的频散[A];中国声学学会2009年青年学术会议[CYCA’09]论文集[C];2009年

2 李光海;焦阳;孙广开;赵玉博;田凤彬;;不同管材中超声导波检测特性研究[A];第二十届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会暨中国职业安全健康协会2012学术年会论文集[C];2012年

3 龚鲁华;杨京;程建春;;激光超声导波技术评价双层复合板粘结特性[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

4 白亮;许凯亮;他得安;;基于相控阵选择性激励超声导波的方法研究[A];中国声学学会2017年全国声学学术会议论文集[C];2017年

5 顾福明;左延田;吕华亭;杨惠谷;;埋地管道管体超声导波检测技术的试验研究[A];压力管道技术研究进展精选集——第四届全国管道技术学术会议[C];2010年

6 刘洋;杨迪;郭霞生;章东;;超声导波对管材疲劳评价的研究[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

7 焦敬品;候松;马婷;吴斌;何存富;;基于自回归谱分析的超声导波缺陷定量检测方法研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

8 许凯亮;他得安;王威琪;;超声导波在长骨裂纹处的反射与透射数值仿真[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

9 罗春苟;他得安;;皮质骨仿体中超声导波的测量[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

10 顾建祖;陈榕;RAHIM GORGIN;;变化温度下的超声导波板状结构健康监测[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集（下）[C];2018年

相关重要报纸文章 前9条

1 记者 杨婧瀚 通讯员 王禹钦 武英俊;管道公司应用超声导波技术初步告捷[N];石油管道报;2007年

2 记者 孙兆光;超声导波“听诊”管道损伤[N];中国石油报;2007年

3 本报记者 杨婧瀚邋通讯员 王维斌;超声导波技术——听诊管道[N];石油管道报;2007年

4 记者 杨婧瀚邋特约记者 武英俊;中外合作“超声导波国际合作实验室”揭牌[N];石油管道报;2008年

5 记者 孙兆光邋通讯员 杨婧瀚 王禹钦;管道公司应用超声导波技术检测管道[N];中国石油报;2007年

6 卞慧;给机械装备安上“火眼金睛”[N];解放日报;2016年

7 孙兆光;中国石油站场管网检测技术国内领先[N];中国石油报;2008年

8 孙兆光;管道公司站场管网检测技术达到国内领先水平[N];石油管道报;2008年

9 本报记者 李鑫金　通讯员 武英俊;“三个创新”推动科技驶入“快车道”[N];石油管道报;2011年

相关博士学位论文 前10条

1 郭鹏;基于超声导波的火电机组汽水系统安全性研究及应用[D];华北电力大学(北京);2018年

2 从明;螺旋周期结构管道超声导波检测模型及应用[D];华中科技大学;2018年

3 林荣;基于超声导波的钢轨探伤技术研究[D];暨南大学;2017年

4 王焕磊;超声波抑菌的声学机制及应用研究[D];南京大学;2017年

5 胡剑虹;基于超声导波的钢轨轨底无损检测关键技术研究[D];浙江大学;2014年

6 冯占英;铝蒙皮蜂窝板粘接质量的超声导波检测技术基础研究[D];北京航空航天大学;2016年

7 赵乃志;利用压电超声导波时间反转法的管道结构裂纹监测研究[D];大连理工大学;2013年

8 肖君柽;基于超声导波的机械结构健康监测机理研究[D];长安大学;2015年

9 许凯亮;超声导波评价长骨状况的研究[D];复旦大学;2012年

10 许西宁;基于超声导波的无缝线路钢轨应力在线监测技术应用基础研究[D];北京交通大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 常洪源;基于PZT超声导波弯曲管道结构损伤识别研究[D];沈阳建筑大学;2016年

2 王志强;基于时间反演的管道结构连接健康监测研究[D];沈阳建筑大学;2017年

3 刘丁嘉;压电超声导波在层状充液管道结构中传播特性研究[D];沈阳建筑大学;2016年

4 杜亚南;基于2FSK钢轨超声导波通信系统设计[D];西安理工大学;2019年

5 杨亮;基于超声导波的管道损伤成像研究[D];哈尔滨工程大学;2019年

6 崔梁波;弹性材料中超声导波传播特性与激励方案研究[D];哈尔滨工程大学;2019年

7 王彦文;便携式超声导波工业测温仪系统设计[D];中北大学;2019年

8 冯晓斌;铁铬铝合金丝超声导波检测系统设计[D];中北大学;2019年

9 王宇航;基于基准匹配的超声导波信号环境补偿技术研究[D];厦门大学;2018年

10 李争伦;基于超声导波法隧道锚杆锚固质量检测研究[D];浙江工业大学;2018年

本文编号：2711429