超声波传播特性及其测试装置研究

发布时间：2017-07-02 12:19

  本文关键词：超声波传播特性及其测试装置研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超声波声速特性是超声波测量领域中影响测量精度的关键因素。如超声流量检测技术在能源计量中占有重要地位,其计量准确性受超声波传播介质及温度、压力等环境条件的影响。然而长期以来,对超声波声速随流体介质、温度和压力的变化规律以及超声流量计在不同介质、温度和压力下的补偿方法还缺乏充分的研究,导致超声流量计的计量准确度难以进一步提高,大大限制了超声流量检测技术的发展和应用。因此,有必要对超声波在不同介质及不同温度压力下的声速特性进行研究,进而改进和完善相应的补偿方法,提高超声流量测量技术的计量准确度。本文的主要研究内容为:(1)首先根据研究目的确定了系统的设计方案,包括测量装置的设计和声速测量方案的设计,其中测量装置的设计主要包括装置测量容器的设计、气体和液体控压方式设计和控温模块的设计,并根据设计方案搭建了测量装置。(2)根据声速的测量方案设计了超声波声速的测量电路,包括测量系统的硬件设计和软件设计,其中硬件部分主要包括:信号产生和相位测量模块、超声换能器信号驱动模块、超声接收信号处理模块、信号采集与显示模块四部分;软件部分主要包括下位机软件设计和上位机的软件程序设计。(3)利用测量装置和测量电路进行了空气和水介质中的超声波声速特性的实验研究,实验首先对装置进行了密封性(包括气密性和液体密封性)实验,在验证装置密封性良好的前提下,在自来水介质中分别进行了零压力和1MPa压力两种条件下的温度-声速特性实验,并进行了温度分别为15°C和20°C时的压力-声速特性实验,在空气介质中分别进行了零压力和0.4MPa压力两种条件下的温度-声速特性实验和温度分别为15°C和17°C时的压力-声速特性实验,实验数据的重复性良好。(4)根据所得的介质-温度-压力-声速的测量数据,分别总结了空气和水两种介质中超声波声速与温度压力关系的数学模型。并分析了模型的应用。
【关键词】：超声波声速 超声波流量计 声速特性 声速模型
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB55
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-19
• 1.1 引言14-15
• 1.2 本课题研究目的和意义15
• 1.3 课题国内外研究现状15-18
• 1.3.1 超声波流量计的国内外研究现状15-17
• 1.3.2 超声波传播特性的国内外研究现状17-18
• 1.4 本文主要研究内容18-19
• 2 超声波声速测试装置总体设计方案19-28
• 2.1 超声波声速测量原理19-24
• 2.1.1 相位的测量原理21-24
• 2.1.2 超声波信号驱动原理24
• 2.2 装置设计要求和技术指标24-25
• 2.3 整体设计方案25-27
• 2.3.1 实验装置设计25-26
• 2.3.2 硬件系统设计26-27
• 2.3.3 软件设计27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 超声波声速测量装置实验平台搭建和系统软硬件实现28-44
• 3.1 实验平台搭建28-32
• 3.1.1 超声测量容器的设计30-31
• 3.1.2 装置的使用方法31-32
• 3.2 系统硬件设计32-39
• 3.2.1 相位测量部分33-35
• 3.2.2 超声换能器信号驱动部分35-36
• 3.2.3 超声接收信号处理部分36-37
• 3.2.4 信号采集与通信模块37-39
• 3.3 系统软件设计39-43
• 3.3.1 单片机软件设计39-41
• 3.3.2 上位机软件设计41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 超声波声速特性实验及声速特性模型研究44-63
• 4.1 重复性实验44-48
• 4.1.1 温度变化对超声传播距离产生的影响46-47
• 4.1.2 压力变化对超声传播距离产生的影响47-48
• 4.2 不同压力下的温度-声速特性实验48-50
• 4.3 不同温度下的压力-声速特性实验50-53
• 4.4 模型研究53-60
• 4.4.1 空气介质中的模型总结53-56
• 4.4.2 水介质中的模型总结56-60
• 4.5 模型应用60-62
• 4.6 本章小结62-63
• 5 总结与展望63-65
• 5.1 课题研究总结63
• 5.2 课题研究展望63-65
• 参考文献65-68
• 附录A68-69
• 附录B69-70
• 附录C70
• 附录D70-73
• 作者简介73

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