本文關(guān)鍵詞：基于STM32的超聲波除垢系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： STM32F103RBT6 PWM 超聲波檢測 超聲波除垢 EMI

【摘要】：本文鑒于目前功率超聲在污垢清理中應(yīng)用的一些不足,分析了一種利用超聲波檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)對污垢厚度檢測的理論分析和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),從而達(dá)到將超聲波檢測與超聲波除垢二者結(jié)合,共同完成對智能化清理污垢的系統(tǒng)設(shè)計。超聲波除垢部分采用程控電源設(shè)計的方法,包括STM32F103RBT6處理器單元、全波整流電路、半橋逆變電路、換能器阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)等電路。處理器最大時鐘為72MHz,可在較寬范圍產(chǎn)生兩路PWM控制信號,經(jīng)移相器完成對兩路PWM控制信號的相位處理,再經(jīng)信號隔離電路實(shí)現(xiàn)對半橋逆變電路IGBT開關(guān)管的控制,從而得到高頻高壓交流信號,最終輸出至已經(jīng)阻抗匹配的超聲波除垢振動設(shè)備上。其中,在電路設(shè)計時,采用220V交流電作為輸入電壓,在除垢系統(tǒng)的輸入級充分考慮了電路抗雷擊與浪涌信號干擾問題,在EMI電路處理中采用了目前大功率電源設(shè)計中常用的電路方式,同時,對使用人員的生命保護(hù),輸入級電路也做了充分的考慮。超聲波檢測的發(fā)射級是利用大電容充放電原理,借助高速場效應(yīng)管的開關(guān)效應(yīng)作為超聲波檢測探頭的發(fā)射端驅(qū)動電路。文章分析了兩種應(yīng)用于污垢厚度檢測的方法,一種是利用超聲波反射法,通過檢測發(fā)射端超聲波信號經(jīng)被檢測污垢的管道壁反射時間與超聲波穿透污垢后反射的回波信號時間點(diǎn)的差值,作為計算污垢厚度的時間值,利用時間與超聲波在污垢中的傳播速度之積的一半作為最終的污垢厚度。第二種方法是利用超聲波穿透被檢測裝置的波折射原理,在被檢測裝置的兩側(cè)分別安裝超聲波發(fā)射探頭和檢測探頭,利用該原理,推演出最終被檢測裝置內(nèi)部的污垢厚度。本文分別介紹了除垢振動子系統(tǒng)和超聲檢測子系統(tǒng)的設(shè)計思路。針對目前在超聲波除垢系統(tǒng)中需要利用割管等帶有破壞性方式實(shí)現(xiàn)污垢層結(jié)構(gòu)分析和除垢的問題,本文提出了在線檢測的方法,該方法對管道本身幾乎沒有破壞性,且不會影響設(shè)備的正常運(yùn)行。同時,在超聲波除垢過程中,由于無法實(shí)時獲取被檢測裝置內(nèi)部污垢分布情況,從而造成超聲波的過度清理或清理不凈的問題,本文的設(shè)計理念將有效克服該弊端。避免過度除垢,一方面降低換能器對管道壁本身的傷害,從而有效的延長了管道和除垢裝置的使用壽命;另一方面也減少了除垢時無效功率的輸出,節(jié)約了電能。本文的設(shè)計理念,無論是從科研探索角度,還是從市場的實(shí)用價值與推廣價值角度分析,都具有非常重要研究意義。
【關(guān)鍵詞】：STM32F103RBT6 PWM 超聲波檢測 超聲波除垢 EMI
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB559
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 超聲波污垢檢測與除垢概述11-14
• 1.1.1 超聲波技術(shù)基礎(chǔ)介紹11-12
• 1.1.2 超聲波除垢與檢測系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用12-14
• 1.2 課題的研究背景及意義14-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢15-18
• 1.4 本課題主要探討內(nèi)容和方向介紹18-19
• 1.4.1 本課題主要組成18
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第2章 超聲波污垢檢測與除垢系統(tǒng)方案設(shè)計20-30
• 2.1 超聲波污垢檢測系統(tǒng)20-22
• 2.1.1 超聲波污垢檢測探頭介紹20-21
• 2.1.2 超聲波污垢檢測方案設(shè)計21-22
• 2.2 污垢檢測系統(tǒng)常用方法22-23
• 2.2.1 超聲波測厚共振檢測法22
• 2.2.2 超聲波測厚透射檢測法22
• 2.2.3 超聲波脈沖時域反射法22-23
• 2.3 超聲波除垢系統(tǒng)方案設(shè)計23-24
• 2.4 超聲波換能器24-28
• 2.4.1 壓電換能器24-25
• 2.4.2 壓電換能器特性分析25-26
• 2.4.3 磁致伸縮換能器26-27
• 2.4.4 磁致伸縮換能器特性分析27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-30
• 第3章 超聲波除垢系統(tǒng)硬件設(shè)計30-49
• 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計概述30-32
• 3.1.1 主處理器特性介紹30-31
• 3.1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖31-32
• 3.2 除垢振動子系統(tǒng)電路設(shè)計與分析32-43
• 3.2.1 供電電源電路設(shè)計與分析32-34
• 3.2.2 整流濾波電路設(shè)計與分析34-35
• 3.2.3 IGBT半橋逆變電路設(shè)計與分析35-37
• 3.2.4 換能器匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與分析37-39
• 3.2.5 電流檢測電路設(shè)計與分析39
• 3.2.6 系統(tǒng)控制電路設(shè)計與分析39-42
• 3.2.7 系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計與分析42-43
• 3.3 污垢檢測子系統(tǒng)電路設(shè)計與分析43-45
• 3.3.1 超聲波發(fā)射電路設(shè)計與分析43-44
• 3.3.2 回波接收電路設(shè)計與分析44-45
• 3.4 回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)電路設(shè)計與分析45-48
• 3.4.1 基于GPRS數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)電路設(shè)計與分析45-46
• 3.4.2 基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)電路設(shè)計與分析46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第4章 超聲波除垢系統(tǒng)軟件設(shè)計49-58
• 4.1 污垢檢測子系統(tǒng)軟件設(shè)計49-50
• 4.1.1 污垢檢測發(fā)射端軟件設(shè)計49-50
• 4.1.2 回波信號接收端軟件設(shè)計50
• 4.2 超聲波除垢振動子系統(tǒng)軟件設(shè)計50-53
• 4.2.1 超聲波程控電源軟件設(shè)計50-51
• 4.2.2 除垢振動子系統(tǒng)軟件設(shè)計51-53
• 4.3 回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)軟件設(shè)計53-57
• 4.3.1 基于GPRS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)軟件設(shè)計53-55
• 4.3.2 基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)軟件設(shè)計55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 檢測方案算法介紹與數(shù)據(jù)分析58-65
• 5.1 超聲波反射算法58-59
• 5.2 超聲波透射算法59-61
• 5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析61-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第6章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 總結(jié)65-66
• 6.2 展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 附錄72

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本文編號：1033875