在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)方面,溫度的測(cè)量占據(jù)著重要的地位,而且在很多情況下,對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度都有著極高的要求。并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)測(cè)溫裝置的要求也越來(lái)越高,但傳統(tǒng)的測(cè)溫裝置還存在許多的不足之處,比如檢測(cè)精度不高,需要手動(dòng)保持?jǐn)?shù)據(jù),無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)及其他領(lǐng)域自動(dòng)化、智能化的要求。針對(duì)這一問(wèn)題,本課題提出超聲波導(dǎo)測(cè)溫的方法,并研制了高溫環(huán)境下的微型超聲波導(dǎo)測(cè)溫儀,所研制的樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了0~1800℃實(shí)時(shí)溫度的測(cè)量,且分辨率小于2%,并實(shí)現(xiàn)了測(cè)溫樣機(jī)小型化、便攜化,人機(jī)交互便捷美觀(guān)的要求。本文對(duì)超聲測(cè)溫原理進(jìn)行理論研究,并結(jié)合項(xiàng)目所需功能、特點(diǎn),確定微型超聲波導(dǎo)測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)方案,包括測(cè)溫硬件系統(tǒng)和SOPC系統(tǒng)。其中硬件系統(tǒng)包括FPGA模塊、系統(tǒng)電源電路模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊,實(shí)現(xiàn)了對(duì)超聲波的發(fā)射和接收、信號(hào)采集以及存儲(chǔ)。SOPC系統(tǒng)包括Nios Ⅱ軟核處理器算法和人機(jī)交互界面的開(kāi)發(fā),軟核處理器算法包括去燥算法、節(jié)點(diǎn)波與端面波坐標(biāo)提取算法、節(jié)點(diǎn)波與端面波時(shí)延差算法,實(shí)現(xiàn)超聲回波信號(hào)處理與計(jì)算;選用Usart GPU串口觸摸屏來(lái)開(kāi)發(fā)人機(jī)交互界面,實(shí)現(xiàn)便捷、準(zhǔn)確的設(shè)置測(cè)溫儀的系統(tǒng)參數(shù),并直觀(guān)的顯示當(dāng)前所測(cè)溫度值、時(shí)延差和聲速值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,設(shè)計(jì)的微型超聲波導(dǎo)測(cè)溫儀能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)傳感器外界條件的變化,且對(duì)1800℃以下溫度的分辨率小于2%。實(shí)現(xiàn)在已知溫度-時(shí)延差關(guān)系的情況下對(duì)高達(dá)1800℃溫度進(jìn)行測(cè)量。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TH811
【部分圖文】：

圖 2.1 半徑為 r 表面自由的無(wú)限長(zhǎng)圓柱在無(wú)限長(zhǎng)圓柱中，沿 z 方向傳播的超聲波存在縱向(軸對(duì)稱(chēng))、扭轉(zhuǎn)(軸對(duì)稱(chēng))和軸對(duì)稱(chēng))三種不同的模態(tài)[35]，分別記為 L(0,m)，T(0,m)及 F(n, m)，其中 m 為模模態(tài)的周向階次，如下圖 2.2 所示。圖 2.2 桿中導(dǎo)波模態(tài)示意圖

圖 2.2 桿中導(dǎo)波模態(tài)示意圖知，在同一頻率下，以上三種模態(tài)的導(dǎo)波的傳播速度存向?qū)Рㄔ诘皖l模態(tài)較少。縱向模態(tài)導(dǎo)波存在徑向和軸移分量 u 0，u r、uz與無(wú)關(guān)[36]，考慮邊界條件 過(guò)求解波動(dòng)方程可以得到著名的 PochHammer 頻率方 2 2 2 0 1 1 0 a k J a J a 4k J a J a22Lc ，222Tc ，k 波數(shù)，J 貝塞爾函數(shù)， 圓頻率。于圓頻率 和波數(shù) 的超越方程。通過(guò)數(shù)值求解可得如。在該圖中可以看出，在頻率為 1.5MHz 時(shí)，存在縱向

圖 2.3 桿中縱向?qū)Рl散曲線(xiàn)波傳輸理論級(jí)頻散曲線(xiàn)可知，桿中的超聲波頻率越高如果頻率太小，會(huì)導(dǎo)致缺陷回波和端面波重合影響測(cè)波頻率尤為重要。測(cè)溫原理計(jì)算節(jié)點(diǎn)波和端面波之間的時(shí)延差，來(lái)達(dá)到測(cè)溫的目的回波信號(hào)（缺陷為人為刻的“傷”，缺陷到端面距離回波信號(hào)。隨著溫度的不斷升高，波導(dǎo)桿中超聲波的信號(hào)上表現(xiàn)為：（1）節(jié)點(diǎn)波和端面波的幅值會(huì)下降；（差會(huì)逐漸增大。本課題之所以不選擇將幅值的變化作信號(hào)幅度的變化受到很多外界不確定因素的干擾，例

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3 王U

本文編號(hào)：2824584