数字化变温超声声速实验仪的研究与设计

发布时间：2021-07-15 09:03

　　针对现有实验仪的超声波接收探头驱动无法自动化和位移精度不高、距离测量不能数显和精度不高、实验温度不能变化的问题,提出并设计了一种数字化变温实验仪。通过步进电机驱动器16细分后驱动步进电机带动丝杆旋转,再由丝杆驱动接收探头移动;在丝杆上套装1 000脉冲的增量式光电编码器实现距离测量;半导体制冷片在外接恒温控制器的控制下恒定实验环境温度。实验结果表明:位移精度可达0. 3μm,测量精度可达1μm,恒定温度误差为±0. 1℃,测量声速与理论声速之间的误差为3. 33‰,能有效提高实验精度和使用效果,具有一定的市场应用价值。 

【文章来源】：传感器与微系统. 2020,39(11)CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

超声声速实验原理

变温超声声速实验仪的结构如图2所示。底座和透明密封罩将整个实验仪密封成一个密闭的空间，便于实验温度的恒定控制。实验仪的超声波发射探头安装在固定安装座上，固定安装座与底座固定不动。超声波接收探头安装在滑动安装座上，滑动安装座可在光轴上左右滑动。

位移控制与测量仪[8]如图3所示。步进电机驱动器在微控制的控制下驱动步进电机完成精细的正反转，根据步进电机驱动器的工作原理可知，微控制器每送出一个脉冲，在没有细分的情况下步进电机转动一个步距角[9]。本文选用步距角为1.8°的步进电机、可进行16细分的电机驱动器、螺距为1 mm的标准丝杆，则微控制器每送出一个脉冲，经驱动器16细分后，步进电机和连接在一起的丝杆转动的角度为0.112 5°(1.8°/16)，则安装在丝杆上的丝套移动的距离为0.000 312 5 mm[(1 mm/360°)×0.112 5°]，即步进电机的位移控制精度可达到0.3μm。

【参考文献】：
期刊论文
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[4]声速测量远程实验设计[J]. 周旋,谌建飞,赵丹,唐立军,邓敏.  实验技术与管理. 2018(03)
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[6]基于DSP的两相步进电机细分驱动器设计[J]. 周永明,许进亮,李向阳,王真真.  电力电子技术. 2017(04)
[7]数字化智能声速测量系统设计[J]. 孙金林,王国余,胡方圆.  传感器与微系统. 2015(10)
[8]舵机转角精确测量系统的设计[J]. 李朋,周军,高智刚.  测控技术. 2012(06)
[9]基于FPGA与FSM的高精度测角系统设计与实现[J]. 王鹏,杜卫东,吕志刚,雷斌.  电子技术应用. 2012(02)
[10]基于ARM9的超声实验仪研制[J]. 鲁凡水,殷玲,张培青,赵兴群.  实验室研究与探索. 2009(07)



本文编号：3285408