基于高频超声的液体流量测量机理及方法研究

发布时间：2017-08-09 18:50

  本文关键词：基于高频超声的液体流量测量机理及方法研究

  更多相关文章： 高频超声 非接触 时差式 COMSOL

【摘要】：在工业生产和人们的生活中许多地方都要用到流量测量,大多数现有的流量计需要截断管道进行测量,不仅影响管道中的流体流动,而且这些流量计坏了以后更换麻烦。超声流量计是近年来研究的热门,本文研究了基于高频超声的液体流量测量机理及方法,可以在管道外对流体进行非接触测量,具有使用方便、功能多样等优点。本文在详实研究国内外各种流量计的基础上,对课题的背景及研究超声流量计的目的和意义进行了阐述,然后分析了超声流量计国内外的研究现状及发展动态,着重研究了时差式超声流量计的原理并进行了设计,本论文主要内容包括:首先,对几种超声流量计的原理进行了探讨,比较了优缺点。研究了时差式超声流量计的两种测时方法,包括用模拟电路直接测量延时以及基于互相关技术的延时计算方法。其次,研究不同频率的超声信号在管道中的不同的传输波场。采用COMSOL软件仿真了不同频率的超声在水管中的传播,确定不同频率的超声在管道中的声压级分布,为超声探头频率的选择提供了依据。再次,在介绍TDC-GP21检测时延的芯片及采用的超声探头的基础上,设计了基于TDC-GP21的时差式超声流量计。构建了超声流量计的系统结构、设计了电路图、绘制PCB电路版图,同时编写了相关模块的程序。最后,搭建了高频超声流量计的实验系统,并对系统、探头及电路的输入输出特性进行了测试。
【关键词】：高频超声 非接触 时差式 COMSOL
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-12
• 1.2 国内外研究现状及分析12-14
• 1.3 研究内容及章节安排14-15
• 第2章 时差式超声流量计综合研究15-29
• 2.1 时差法测流速15-17
• 2.2 直接测量传播时间17-18
• 2.2.1 门限电平法确定信号接收时刻17-18
• 2.2.2 串联门电路计时18
• 2.3 互相关算法计算传播时间18-23
• 2.3.1 A/D转换19
• 2.3.2 互相关算法计算信号延时19-20
• 2.3.3 改进的互相关算法20-21
• 2.3.4 改进发射信号再做互相关21-23
• 2.4 宽波束超声流量计23-25
• 2.5 不同频率的超声在管道中传播的仿真25-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 硬件设计29-39
• 3.1 电源模块30
• 3.2 3.3V/5V器件I/O口互连30-32
• 3.3 时间数字转换器TDC-GP2132-38
• 3.3.1 GP21特性32-33
• 3.3.2 GP21操作码和寄存器33-34
• 3.3.3 脉冲发生器34-35
• 3.3.4 模拟输入部分35-36
• 3.3.5 计时部分36-37
• 3.3.6 外围电路37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 软件设计39-47
• 4.1 通过按键设置管道直径40-41
• 4.2 GP21与单片机通信41-42
• 4.3 GP21模块程序42-46
• 4.3.1 配置GP21控制寄存器42-43
• 4.3.2 无限循环测流量43-45
• 4.3.3 浮点数转字符串程序45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 系统实验测试47-52
• 5.1 探头特性测试47-48
• 5.2 测试波形48-49
• 5.3 实验系统49-51
• 5.4 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-56
• 致谢56-57
• 附录 电路原理图57

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本文编号：646721