超声导波测温关键技术研究

发布时间：2017-12-25 11:38

  本文关键词：超声导波测温关键技术研究　出处：《中北大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 超声波 温度传感器 聚能器 数据采集 时延差

【摘要】：我国航空工业的发展日新月异,对航空发动机的性能提出了更高的要求,而温度是航空发动机工作的一个重要参数,是否能够准确测量发动机燃烧室以及尾焰的温度将直接影响到发动机的性能。发动机燃烧室和尾焰温度达到2000度以上,传统的测温传感器,比如热电偶,其测温上限只有1800度,不能满足测量要求。辐射测温法在理论上无测量上限,但辐射测温法需要对材料的发射率进行修正,增加了对测量结果进行处理的难度。此外,辐射温度计的测量受中间介质的影响很大,特别是在工业现场条件下,周围环境比较恶劣,中间介质对测量结果的影响更大,测量精度得不到保证。论文利用超声波探伤仪、超声换能器、超声聚能器以及波导杆搭建了一个基于超声波的温度传感器,并详细分析了该传感器的两个关键技术,一是超声波耦合和放大,二是超声回波信号处理。该温度传感器克服了热电偶测温范围窄,以及辐射测温法误差大的缺点。针对超声回波信号幅度小,无法进行数据处理的问题,论文首先对超声聚能器的工作原理进行简要论述。通过指数形、圆锥形以及阶梯形聚能器的频率方程和放大系数,得出了三种聚能器面积系数和放大倍数之间的关系,综合放大倍数以及加工的难易程度,选择圆锥形聚能器作为超声波的耦合和放大装置。接着论文对圆锥形聚能器几何尺寸的设计进行了详细的理论推导,并结合有限元仿真软件comsol完成了对聚能器的设计,从而解决了超声波的耦合和放大问题。论文搭建了超声波数据采集硬件平台,设计了基于Labview的超声波数据采集上位机控制软件。超声回波数据采集系统由计算机、大容量高速数据采集卡、超声波探伤仪以及超声压电探头组成。上位机间接控制超声波探伤仪发射高压脉冲给超声压电探头,从而激发超声波,超声波通过聚能器耦合到波导杆中,数据采集卡实现对超声回波信号的采集和上传。上位机软件完成对数据的存储、处理以及结果的显示。温度的变化与声速有直接关系,而声速的变化将导致节点回波信号和端面回波信号之间时延差的变化,所以数据处理的关键是计算两个回波信号的时延差。论文首先采用滑动平均算法对超声回波信号进行去噪处理,接着对节点回波信号和端面回波信号进行分离和重构,然后对这两个回波信号作互相关处理,从而得到两个回波信号之间的时延差,进而得出声速和温度之间的关系曲线,完成温度测量。通过实际实验测量,论文所设计的基于超声波的温度测量传感器能够完成对高温快速、准确的测量。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V23;TB559

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本文编号：1332704