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(cè) 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(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)污垢厚度檢測(cè)的理論分析和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),從而達(dá)到將超聲波檢測(cè)與超聲波除垢二者結(jié)合,共同完成對(duì)智能化清理污垢的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。超聲波除垢部分采用程控電源設(shè)計(jì)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(shí)鐘為72MHz,可在較寬范圍產(chǎn)生兩路PWM控制信號(hào),經(jīng)移相器完成對(duì)兩路PWM控制信號(hào)的相位處理,再經(jīng)信號(hào)隔離電路實(shí)現(xiàn)對(duì)半橋逆變電路IGBT開(kāi)關(guān)管的控制,從而得到高頻高壓交流信號(hào),最終輸出至已經(jīng)阻抗匹配的超聲波除垢振動(dòng)設(shè)備上。其中,在電路設(shè)計(jì)時(shí),采用220V交流電作為輸入電壓,在除垢系統(tǒng)的輸入級(jí)充分考慮了電路抗雷擊與浪涌信號(hào)干擾問(wèn)題,在EMI電路處理中采用了目前大功率電源設(shè)計(jì)中常用的電路方式,同時(shí),對(duì)使用人員的生命保護(hù),輸入級(jí)電路也做了充分的考慮。超聲波檢測(cè)的發(fā)射級(jí)是利用大電容充放電原理,借助高速場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)效應(yīng)作為超聲波檢測(cè)探頭的發(fā)射端驅(qū)動(dòng)電路。文章分析了兩種應(yīng)用于污垢厚度檢測(cè)的方法,一種是利用超聲波反射法,通過(guò)檢測(cè)發(fā)射端超聲波信號(hào)經(jīng)被檢測(cè)污垢的管道壁反射時(shí)間與超聲波穿透污垢后反射的回波信號(hào)時(shí)間點(diǎn)的差值,作為計(jì)算污垢厚度的時(shí)間值,利用時(shí)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(cè)裝置的波折射原理,在被檢測(cè)裝置的兩側(cè)分別安裝超聲波發(fā)射探頭和檢測(cè)探頭,利用該原理,推演出最終被檢測(cè)裝置內(nèi)部的污垢厚度。本文分別介紹了除垢振動(dòng)子系統(tǒng)和超聲檢測(cè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。針對(duì)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(wèn)題,本文提出了在線檢測(cè)的方法,該方法對(duì)管道本身幾乎沒(méi)有破壞性,且不會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。同時(shí),在超聲波除垢過(guò)程中,由于無(wú)法實(shí)時(shí)獲取被檢測(cè)裝置內(nèi)部污垢分布情況,從而造成超聲波的過(guò)度清理或清理不凈的問(wèn)題,本文的設(shè)計(jì)理念將有效克服該弊端。避免過(guò)度除垢,一方面降低換能器對(duì)管道壁本身的傷害,從而有效的延長(zhǎng)了管道和除垢裝置的使用壽命;另一方面也減少了除垢時(shí)無(wú)效功率的輸出,節(jié)約了電能。本文的設(shè)計(jì)理念,無(wú)論是從科研探索角度,還是從市場(chǎng)的實(shí)用價(jià)值與推廣價(jià)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(cè) 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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(cè)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(cè)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)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?jī)?nèi)容18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第2章 超聲波污垢檢測(cè)與除垢系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)20-30
• 2.1 超聲波污垢檢測(cè)系統(tǒng)20-22
• 2.1.1 超聲波污垢檢測(cè)探頭介紹20-21
• 2.1.2 超聲波污垢檢測(cè)方案設(shè)計(jì)21-22
• 2.2 污垢檢測(cè)系統(tǒng)常用方法22-23
• 2.2.1 超聲波測(cè)厚共振檢測(cè)法22
• 2.2.2 超聲波測(cè)厚透射檢測(cè)法22
• 2.2.3 超聲波脈沖時(shí)域反射法22-23
• 2.3 超聲波除垢系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)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(jì)30-49
• 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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(jì)框圖31-32
• 3.2 除垢振動(dòng)子系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與分析32-43
• 3.2.1 供電電源電路設(shè)計(jì)與分析32-34
• 3.2.2 整流濾波電路設(shè)計(jì)與分析34-35
• 3.2.3 IGBT半橋逆變電路設(shè)計(jì)與分析35-37
• 3.2.4 換能器匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與分析37-39
• 3.2.5 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)與分析39
• 3.2.6 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)與分析39-42
• 3.2.7 系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)與分析42-43
• 3.3 污垢檢測(cè)子系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與分析43-45
• 3.3.1 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)與分析43-44
• 3.3.2 回波接收電路設(shè)計(jì)與分析44-45
• 3.4 回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)電路設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)49-58
• 4.1 污垢檢測(cè)子系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)49-50
• 4.1.1 污垢檢測(cè)發(fā)射端軟件設(shè)計(jì)49-50
• 4.1.2 回波信號(hào)接收端軟件設(shè)計(jì)50
• 4.2 超聲波除垢振動(dòng)子系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)50-53
• 4.2.1 超聲波程控電源軟件設(shè)計(jì)50-51
• 4.2.2 除垢振動(dòng)子系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)51-53
• 4.3 回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)軟件設(shè)計(jì)53-57
• 4.3.1 基于GPRS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)軟件設(shè)計(jì)53-55
• 4.3.2 基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)軟件設(shè)計(jì)55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 檢測(cè)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(hào)：1033875