超声波温度计的实验研究

发布时间：2017-05-10 22:12

  本文关键词：超声波温度计的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对传统的温度测量仪表存在的不足,研制一种测量分辨率优于0.001℃的高精度超声波温度计。该超声波温度计利用超声波的传播速度与介质温度的对应关系来实现温度测量,即通过检测超声波波速的变化来对温度进行精密测量。当超声波传播距离一定时,精密测量超声波在介质中的传播时间就可得出超声波的传播速度,再根据传播速度间接计算出温度值。本文拟在研制一种分辨率优于0.001℃的精密的超声波温度计。通过对超声测温原理进行系统的分析,完成了超声波温度计的设计方案。超声波温度计主要由超声波温度传感器、超声波驱动电路、超声波回波信号处理电路以及接口电路这四部分组成。超声波温度计的具体实现是由硬件电路和软件算法两部分完成。在硬件方面设计了超声波驱动电路、回波信号接收电路和高速的数据采集系统。其中FPGA是整个硬件电路的核心,其主要功能包括:与DDS技术相结合产生超声波驱动信号;与高分辨率的A/D转换电路相结合对超声波回波信号进行高速采样,并将采样数据存储在构建于FPGA内部的RAM存储区内;对RAM存储区内的采样数据进行数据处理。软件算法包括特征波查找算法和软件细分插补算法。特征波查找算法是用来对存储于RAM存储器中的采样数据分析和比较,找出回波信号中幅值最大的特征波。软件细分插补算法对特征波的采样数据进行分析处理,计算出传播时间的终点时刻。采用高分辨率的A/D转换电路和直线插补算法,将硬件电路与软件算法有机结合,保证了对超声波传播时间的精密测量,同时,基于FPGA的硬件电路使得数据能被快速处理,使温度测量具有很好的实时性。经实验验证,超声波传播时间测量精度优于纳秒级,进一步验证了超声波温度计的设计方案,为研制和开发高精度的超声波温度计打下了坚实的基础。
【关键词】：温度测量 超声波换能器 软件细分算法 超声波驱动信号 回波信号
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH811
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题的背景及意义9
• 1.2 温度测量技术研究现状9-13
• 1.3 超声波测温的现状及发展趋势13-14
• 1.4 课题研究的主要内容14-15
• 2 超声波温度计工作原理15-24
• 2.1 超声波温度测量原理15-16
• 2.2 超声波换能器16-17
• 2.3 超声波温度计的工作原理17-20
• 2.4 超声波驱动电源20-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 超声波温度计硬件电路设计24-32
• 3.1 D/A转换与功率放大电路24-25
• 3.2 回波信号采集电路25-28
• 3.2.1 滤波电路25-26
• 3.2.2 A/D采样电路26-28
• 3.3 FPGA设计28-31
• 3.3.1 FPGA概述28
• 3.3.2 FPGA结构框图28-31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 软件设计32-43
• 4.1 软件开发语言与环境32-33
• 4.2 软件设计总体方案33-34
• 4.3 传播时间精密测量算法34-39
• 4.3.1 超声波检测中常用的时间测量方法34-36
• 4.3.2 基于A/D采样和直线插补的时间测量方法36-39
• 4.4 特征波查找算法39-42
• 4.5 本章小结42-43
• 5 超声波温度计实验43-51
• 5.1 超声波驱动信号与回波信号的调试实验43-45
• 5.2 超声波传播时间的测量实验45-46
• 5.3 超声波传播时间的优化处理46-47
• 5.4 超声波传播时间与介质温度的实验47-50
• 5.5 本章小结50-51
• 6 总结与展望51-53
• 6.1 总结51-52
• 6.2 后期工作展望52-53
• 致谢53-55
• 参考文献55-59
• 附录59-61
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果61-62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张兴红;张慧;陈锡侯;王先全;冯济琴;;一种精密测量超声波传输时间的方法[J];北京理工大学学报;2011年06期

2 吴岭;软件无线电技术在测控系统中的应用研究[J];飞行器测控学报;2002年01期

3 徐云;光学计示值误差测量不确定度[J];计量与测试技术;2001年02期

4 罗建;丁宗杰;闫冰;;基于DSP的软件DDS及其在FSK调制中的应用[J];无线通信技术;2009年01期

5 沈国清,安连锁,姜根山;炉膛烟气温度声学测量方法的研究与进展[J];仪器仪表学报;2003年S1期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈亮;基于声学传感器的温度场测量系统的研究[D];东北大学;2009年

  本文关键词：超声波温度计的实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：355599