本文關(guān)鍵詞：超聲波溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：針對(duì)傳統(tǒng)的溫度測(cè)量?jī)x表存在的不足,研制一種測(cè)量分辨率優(yōu)于0.001℃的高精度超聲波溫度計(jì)。該超聲波溫度計(jì)利用超聲波的傳播速度與介質(zhì)溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量,即通過(guò)檢測(cè)超聲波波速的變化來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行精密測(cè)量。當(dāng)超聲波傳播距離一定時(shí),精密測(cè)量超聲波在介質(zhì)中的傳播時(shí)間就可得出超聲波的傳播速度,再根據(jù)傳播速度間接計(jì)算出溫度值。本文擬在研制一種分辨率優(yōu)于0.001℃的精密的超聲波溫度計(jì)。通過(guò)對(duì)超聲測(cè)溫原理進(jìn)行系統(tǒng)的分析,完成了超聲波溫度計(jì)的設(shè)計(jì)方案。超聲波溫度計(jì)主要由超聲波溫度傳感器、超聲波驅(qū)動(dòng)電路、超聲波回波信號(hào)處理電路以及接口電路這四部分組成。超聲波溫度計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)是由硬件電路和軟件算法兩部分完成。在硬件方面設(shè)計(jì)了超聲波驅(qū)動(dòng)電路、回波信號(hào)接收電路和高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中FPGA是整個(gè)硬件電路的核心,其主要功能包括:與DDS技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào);與高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換電路相結(jié)合對(duì)超聲波回波信號(hào)進(jìn)行高速采樣,并將采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在構(gòu)建于FPGA內(nèi)部的RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi);對(duì)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。軟件算法包括特征波查找算法和軟件細(xì)分插補(bǔ)算法。特征波查找算法是用來(lái)對(duì)存儲(chǔ)于RAM存儲(chǔ)器中的采樣數(shù)據(jù)分析和比較,找出回波信號(hào)中幅值最大的特征波。軟件細(xì)分插補(bǔ)算法對(duì)特征波的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,計(jì)算出傳播時(shí)間的終點(diǎn)時(shí)刻。采用高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換電路和直線(xiàn)插補(bǔ)算法,將硬件電路與軟件算法有機(jī)結(jié)合,保證了對(duì)超聲波傳播時(shí)間的精密測(cè)量,同時(shí),基于FPGA的硬件電路使得數(shù)據(jù)能被快速處理,使溫度測(cè)量具有很好的實(shí)時(shí)性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,超聲波傳播時(shí)間測(cè)量精度優(yōu)于納秒級(jí),進(jìn)一步驗(yàn)證了超聲波溫度計(jì)的設(shè)計(jì)方案,為研制和開(kāi)發(fā)高精度的超聲波溫度計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：溫度測(cè)量 超聲波換能器 軟件細(xì)分算法 超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào) 回波信號(hào)
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TH811
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題的背景及意義9
• 1.2 溫度測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀9-13
• 1.3 超聲波測(cè)溫的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)13-14
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容14-15
• 2 超聲波溫度計(jì)工作原理15-24
• 2.1 超聲波溫度測(cè)量原理15-16
• 2.2 超聲波換能器16-17
• 2.3 超聲波溫度計(jì)的工作原理17-20
• 2.4 超聲波驅(qū)動(dòng)電源20-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 3 超聲波溫度計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)24-32
• 3.1 D/A轉(zhuǎn)換與功率放大電路24-25
• 3.2 回波信號(hào)采集電路25-28
• 3.2.1 濾波電路25-26
• 3.2.2 A/D采樣電路26-28
• 3.3 FPGA設(shè)計(jì)28-31
• 3.3.1 FPGA概述28
• 3.3.2 FPGA結(jié)構(gòu)框圖28-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 4 軟件設(shè)計(jì)32-43
• 4.1 軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言與環(huán)境32-33
• 4.2 軟件設(shè)計(jì)總體方案33-34
• 4.3 傳播時(shí)間精密測(cè)量算法34-39
• 4.3.1 超聲波檢測(cè)中常用的時(shí)間測(cè)量方法34-36
• 4.3.2 基于A/D采樣和直線(xiàn)插補(bǔ)的時(shí)間測(cè)量方法36-39
• 4.4 特征波查找算法39-42
• 4.5 本章小結(jié)42-43
• 5 超聲波溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)43-51
• 5.1 超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)與回波信號(hào)的調(diào)試實(shí)驗(yàn)43-45
• 5.2 超聲波傳播時(shí)間的測(cè)量實(shí)驗(yàn)45-46
• 5.3 超聲波傳播時(shí)間的優(yōu)化處理46-47
• 5.4 超聲波傳播時(shí)間與介質(zhì)溫度的實(shí)驗(yàn)47-50
• 5.5 本章小結(jié)50-51
• 6 總結(jié)與展望51-53
• 6.1 總結(jié)51-52
• 6.2 后期工作展望52-53
• 致謝53-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 附錄59-61
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果61-62

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：超聲波溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：355599