本文關(guān)鍵詞：超聲波換能器性能測試儀的設(shè)計與實現(xiàn)

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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(yīng)用。超聲波換能器具有實現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的功能,是超聲波流量計的關(guān)鍵組成部分,超聲波換能器的性能指標(biāo)以及用于流體流量檢測的一對換能器的性能參數(shù)是否匹配,直接影響流體流量計量的精確度。目前國內(nèi)對于超聲波換能器的性能評價缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),流量計企業(yè)普遍忽視了對換能器參數(shù)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(biāo)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(shè)計一個成本低、多參數(shù)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(nèi)容,旨在對超聲波換能器的綜合性能進(jìn)行評定,為評價超聲波換能器的技術(shù)指標(biāo)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(xué)合理的依據(jù)。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(jié)果。FPGA作為激勵信號發(fā)生器,采用先倍頻后分頻的方式產(chǎn)生各測試項所需的激勵信號,響應(yīng)信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后采用高速A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,用Verilog HDL實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集與預(yù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的缺點,引入恒流源電路,實現(xiàn)等效阻抗的自動計算和存儲。針對現(xiàn)有幅值測試儀激勵信號單一、需要人工調(diào)節(jié)示波器并讀數(shù)的問題,本文實現(xiàn)了激勵信號可任意設(shè)定,并通過時序控制分別對發(fā)射信號與接收信號進(jìn)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(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī),通過上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并配對。最后,對多個廠家的換能器進(jìn)行測試實驗,將測試數(shù)據(jù)與專用測試儀器測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。對比結(jié)果表明測試儀的精確度滿足設(shè)計需求,能夠?qū)崿F(xiàn)對超聲波換能器的性能評價。
【關(guān)鍵詞】：超聲波換能器 性能測試 FPGA 觸摸屏
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析10-12
• 1.3 主要研究內(nèi)容12-13
• 第2章 相關(guān)基礎(chǔ)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(biāo)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(biāo)20-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第3章 測試儀的設(shè)計22-54
• 3.1 設(shè)計分析與論證22-25
• 3.1.1 設(shè)計需求分析22-23
• 3.1.2 方案論證23-25
• 3.1.3 整體設(shè)計25
• 3.2 硬件設(shè)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(diào)理模塊30-34
• 3.2.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊34-35
• 3.2.5 通信模塊35-36
• 3.3 固件設(shè)計36-53
• 3.3.1 觸摸屏設(shè)計36-42
• 3.3.2 激勵信號的產(chǎn)生42-46
• 3.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理46-51
• 3.3.4 上位機(jī)通信51-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第4章 測試與數(shù)據(jù)分析54-75
• 4.1 實驗平臺搭建54-59
• 4.1.1 比對設(shè)備與測試對象54-55
• 4.1.2 測試環(huán)境55-59
• 4.2 測試數(shù)據(jù)分析59-74
• 4.2.1 一致性判定59-62
• 4.2.2 各測試項數(shù)據(jù)分析62-74
• 4.3 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)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(xiàn)】

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本文編號：931945