【摘要】：在工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防和航空航天等領(lǐng)域,對(duì)惡劣環(huán)境下高溫場(chǎng)溫度的測(cè)量是解決眾多難題的基礎(chǔ)難題。目前使用較多的測(cè)溫方法有熱電偶測(cè)溫法和輻射測(cè)溫法,但這兩種測(cè)溫方法都具有一定的局限性。熱電偶測(cè)溫時(shí)易受到響應(yīng)速度、熱電偶材料特殊性等方面的制約,測(cè)溫上限不高。輻射測(cè)溫法在理論上無(wú)測(cè)溫上限,但受物體發(fā)射率、測(cè)量距離、煙氣、霧氣等因素的影響,測(cè)量誤差較大。超聲導(dǎo)波測(cè)溫是一種利用接觸測(cè)溫方法來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的新技術(shù),具有測(cè)量范圍廣、靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)。本論文在課題前期研究基礎(chǔ)上總結(jié)出超聲導(dǎo)波測(cè)溫四個(gè)關(guān)鍵技術(shù),并針對(duì)四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)超聲導(dǎo)波測(cè)溫系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫快速、準(zhǔn)確測(cè)量。超聲導(dǎo)波測(cè)溫需要重點(diǎn)考慮的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù):一是優(yōu)化超聲波發(fā)射電路,提高超聲波發(fā)射能量;二是用硬件電路實(shí)現(xiàn)回波信號(hào)帶通濾波;三是高速度、高精度雙通道數(shù)字采集系統(tǒng)設(shè)計(jì);四是從超聲回波信號(hào)中解耦溫度信息。論文以超聲導(dǎo)波測(cè)溫原理為基礎(chǔ),從四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)入手,針對(duì)鎢錸合金絲波導(dǎo)測(cè)溫傳感器,對(duì)超聲導(dǎo)波測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),包括硬件系統(tǒng)和測(cè)溫軟件設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)包括超聲波發(fā)射電路、帶通濾波電路、增益調(diào)整電路和雙通道數(shù)字采集系統(tǒng)。雙通道數(shù)字采集系統(tǒng)以FPGA為核心,包括兩路A/D轉(zhuǎn)換電路、四路D/A轉(zhuǎn)換電路、FIFO存儲(chǔ)模塊和USB模塊。測(cè)溫軟件以L(fǎng)abVIEW作為開(kāi)發(fā)平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫參數(shù)設(shè)置、命令控制、超聲回波顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、測(cè)溫算法實(shí)現(xiàn)和測(cè)溫結(jié)果顯示等功能。最后,對(duì)超聲導(dǎo)波測(cè)溫算法進(jìn)行研究,重點(diǎn)研究溫度信息解耦算法,采用互相關(guān)法獲取超聲波時(shí)延值。以本論文設(shè)計(jì)的超聲導(dǎo)波測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)鎢錸合金絲波導(dǎo)測(cè)溫傳感器進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn),并獲得溫度與時(shí)延值關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量,本論文所設(shè)計(jì)的超聲導(dǎo)波測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了論文中提出的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù),能夠完成對(duì)高溫快速、準(zhǔn)確測(cè)量。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH811
【圖文】：

中北大學(xué)學(xué)位論文第 2 章 超聲導(dǎo)波測(cè)溫原理及方案 波導(dǎo)桿中傳播的超聲波波導(dǎo)桿的直徑相對(duì)于超聲波波長(zhǎng)較小，超聲波在其中傳播時(shí)，由于受其邊界成超聲導(dǎo)波，用于測(cè)溫[37]。因此需要對(duì)超聲波在波導(dǎo)桿中的傳播特性進(jìn)行分是一種固體彈性介質(zhì)，其材料均勻，各向同性，且?guī)缀伍L(zhǎng)度遠(yuǎn)大于超聲波波在波導(dǎo)桿中以?xún)煞N形式存在，即橫波和縱波，且這兩種形式的超聲波相互獨(dú)各自的特征速度傳播而不會(huì)發(fā)生波形耦合。如圖 2.1 所示，設(shè)材料均勻，各向同性的圓柱形波導(dǎo)桿的半徑為r ，其中心軸重合。

自的特征速度傳播而不會(huì)發(fā)生波形耦合。圖 2.1 所示，設(shè)材料均勻，各向同性的圓柱形波導(dǎo)桿的半徑為r ，其中合。圖 2.1 圓柱型波導(dǎo)桿示意圖圖 2.1 所示的圓柱型波導(dǎo)桿中，超聲波在其中傳播，會(huì)形成縱向模態(tài)模態(tài)等三種不同模態(tài)。其中縱向模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)是軸對(duì)稱(chēng)的，彎曲模]。將三種模態(tài)的超聲導(dǎo)波分別記為 L ( 0,m)， T ( 0,m)和 F ( n,m)，波導(dǎo)頻散曲線(xiàn)如圖 2.2 所示：

模態(tài)導(dǎo)波由軸向位移分量和徑向位移分量組成。其條件為 0 u ， r a處滿(mǎn)足邊界條件 0rrrz ，則對(duì)波動(dòng)方程求解可以得到縱程[38]： 4010201221J a kJ aJ a k J aJ a ：2222kcL 、2222kcT ， 為導(dǎo)波頻率，k 為波數(shù)，J 為 (2.1)中 和k 的超越方程求解，可以得出圖 2.3 所示的波導(dǎo)桿中縱。其中，當(dāng)超聲導(dǎo)波頻率大于 1.25MHz，縱向?qū)РB(tài)不唯一，即個(gè)縱向?qū)РB(tài)。由于不同模態(tài)導(dǎo)波的頻散特性、群速度、相速度分布等特性存在差異[38]，因此應(yīng)盡量選擇具有單一模態(tài)的頻率作為

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2786136