本文關鍵詞：超聲波換能器性能測試儀的設計與實現

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【摘要】：超聲波流量計具有可靠性高、安裝維修簡便、小流量段靈敏度高等特點,在流體流量計量中被廣泛應用。超聲波換能器具有實現電能與機械能相互轉換的功能,是超聲波流量計的關鍵組成部分,超聲波換能器的性能指標以及用于流體流量檢測的一對換能器的性能參數是否匹配,直接影響流體流量計量的精確度。目前國內對于超聲波換能器的性能評價缺乏統(tǒng)一的標準,流量計企業(yè)普遍忽視了對換能器參數配對的研究。因此,對超聲波換能器性能測試的研究具有重要意義。針對目前超聲波換能器性能測試中專用測試儀器成本高,分項測試的指標單一、測試繁瑣、效率低的問題,本文基于超聲波流量計用超聲波換能器的性能測試,設計一個成本低、多參數測試的超聲波換能器性能測試儀。提出測試換能器的諧振頻率與反諧振頻率、諧振阻抗與反諧振阻抗、發(fā)射與接收信號的幅值三大項測試內容,旨在對超聲波換能器的綜合性能進行評定,為評價超聲波換能器的技術指標是否合格,以及兩個換能器是否適用于同一臺流量計提供較為科學合理的依據。本文以FPGA為主控制器,通過觸摸屏控制選擇測試項目并顯示測試結果。FPGA作為激勵信號發(fā)生器,采用先倍頻后分頻的方式產生各測試項所需的激勵信號,響應信號經過信號調理電路后采用高速A/D轉換器進行模數轉換,用Verilog HDL實現對數據的采集與預處理。掃頻激勵信號下,通過比較不同頻率激勵信號下的采樣數據得到換能器的諧振頻率與反諧振頻率,并在觸摸屏上直觀的顯示頻率特性曲線。針對替代法測試換能器的諧振阻抗與反諧振阻抗時存在人工讀取、記錄數據的缺點,引入恒流源電路,實現等效阻抗的自動計算和存儲。針對現有幅值測試儀激勵信號單一、需要人工調節(jié)示波器并讀數的問題,本文實現了激勵信號可任意設定,并通過時序控制分別對發(fā)射信號與接收信號進行采樣,將幅值信息直接顯示在觸摸屏上。使用Verilog HDL將UART的核心功能集成,采用串口通信將測試數據發(fā)送到上位機,通過上位機對數據進行處理并配對。最后,對多個廠家的換能器進行測試實驗,將測試數據與專用測試儀器測得的數據進行對比。對比結果表明測試儀的精確度滿足設計需求,能夠實現對超聲波換能器的性能評價。
【關鍵詞】：超聲波換能器 性能測試 FPGA 觸摸屏
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH814.92;TB552
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題來源及研究背景和意義9-10
• 1.2 國內外研究現狀及分析10-12
• 1.3 主要研究內容12-13
• 第2章 相關基礎知識13-22
• 2.1 超聲波換能器簡介13-19
• 2.1.1 超聲波及其特點13-14
• 2.1.2 超聲波換能器14-18
• 2.1.3 超聲波換能器性能指標及分析18-19
• 2.2 超聲波流量計原理19-21
• 2.2.1 時差法流量計量原理19-20
• 2.2.2 流量計用換能器性能指標20-21
• 2.3 本章小結21-22
• 第3章 測試儀的設計22-54
• 3.1 設計分析與論證22-25
• 3.1.1 設計需求分析22-23
• 3.1.2 方案論證23-25
• 3.1.3 整體設計25
• 3.2 硬件設計25-36
• 3.2.1 FPGA外圍模塊25-28
• 3.2.2 控制模塊28-30
• 3.2.3 信號調理模塊30-34
• 3.2.4 A/D轉換模塊34-35
• 3.2.5 通信模塊35-36
• 3.3 固件設計36-53
• 3.3.1 觸摸屏設計36-42
• 3.3.2 激勵信號的產生42-46
• 3.3.3 數據采集與處理46-51
• 3.3.4 上位機通信51-53
• 3.4 本章小結53-54
• 第4章 測試與數據分析54-75
• 4.1 實驗平臺搭建54-59
• 4.1.1 比對設備與測試對象54-55
• 4.1.2 測試環(huán)境55-59
• 4.2 測試數據分析59-74
• 4.2.1 一致性判定59-62
• 4.2.2 各測試項數據分析62-74
• 4.3 本章小結74-75
• 結論75-76
• 參考文獻76-80
• 附錄1測試儀整體電路原理圖80
• 附錄2測試儀PCB板實物圖80-82
• 致謝82

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 高明甫;楊勇;孔令斌;;二階壓控電壓源低通濾波器設計[J];電子技術;2010年03期

2 于洋;宗光華;丁鳳林;;超聲波流量測量中流速計算方法的對比[J];北京航空航天大學學報;2013年01期

3 蔡根剛;;超聲波流量計在重介質測量上的應用[J];電子技術與軟件工程;2014年11期

4 邊麗艷;荊兆東;;論能源計量中的流量計量[J];中國計量;2012年02期

5 任禮道;李雪梅;;超聲波流量計在石化行業(yè)中的應用[J];化工自動化及儀表;2013年11期

6 史峰;趙元山;黃引娣;景韞國;馮以升;馬海軍;朱東華;;壓電換能器一致性對聲波測井曲線影響的探討[J];石油儀器;2006年03期

7 王樹鐸;;中國供熱計量改革全面推進對熱量表行業(yè)的新考驗[J];區(qū)域供熱;2012年05期

8 尤明慶;蘇承東;李小雙;;損傷巖石試樣的力學特性與縱波速度關系研究[J];巖石力學與工程學報;2008年03期

9 王民意;鐘新躍;;時差法在超聲波氣體流量計中的應用研究[J];儀表技術與傳感器;2013年07期

10 姚靈;王讓定;左富強;王欣欣;;超聲水流量檢測換能器性能指標及試驗裝置研究[J];儀表技術;2013年08期

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1 羅吉娟;超聲流量計換能器性能檢測系統(tǒng)設計與實現[D];華南理工大學;2012年

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