本文關(guān)鍵詞：超聲導(dǎo)波測(cè)溫關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《中北大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 超聲波 溫度傳感器 聚能器 數(shù)據(jù)采集 時(shí)延差

【摘要】：我國航空工業(yè)的發(fā)展日新月異,對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提出了更高的要求,而溫度是航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作的一個(gè)重要參數(shù),是否能夠準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室以及尾焰的溫度將直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和尾焰溫度達(dá)到2000度以上,傳統(tǒng)的測(cè)溫傳感器,比如熱電偶,其測(cè)溫上限只有1800度,不能滿足測(cè)量要求。輻射測(cè)溫法在理論上無測(cè)量上限,但輻射測(cè)溫法需要對(duì)材料的發(fā)射率進(jìn)行修正,增加了對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理的難度。此外,輻射溫度計(jì)的測(cè)量受中間介質(zhì)的影響很大,特別是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件下,周圍環(huán)境比較惡劣,中間介質(zhì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響更大,測(cè)量精度得不到保證。論文利用超聲波探傷儀、超聲換能器、超聲聚能器以及波導(dǎo)桿搭建了一個(gè)基于超聲波的溫度傳感器,并詳細(xì)分析了該傳感器的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù),一是超聲波耦合和放大,二是超聲回波信號(hào)處理。該溫度傳感器克服了熱電偶測(cè)溫范圍窄,以及輻射測(cè)溫法誤差大的缺點(diǎn)。針對(duì)超聲回波信號(hào)幅度小,無法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的問題,論文首先對(duì)超聲聚能器的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。通過指數(shù)形、圓錐形以及階梯形聚能器的頻率方程和放大系數(shù),得出了三種聚能器面積系數(shù)和放大倍數(shù)之間的關(guān)系,綜合放大倍數(shù)以及加工的難易程度,選擇圓錐形聚能器作為超聲波的耦合和放大裝置。接著論文對(duì)圓錐形聚能器幾何尺寸的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo),并結(jié)合有限元仿真軟件comsol完成了對(duì)聚能器的設(shè)計(jì),從而解決了超聲波的耦合和放大問題。論文搭建了超聲波數(shù)據(jù)采集硬件平臺(tái),設(shè)計(jì)了基于Labview的超聲波數(shù)據(jù)采集上位機(jī)控制軟件。超聲回波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、大容量高速數(shù)據(jù)采集卡、超聲波探傷儀以及超聲壓電探頭組成。上位機(jī)間接控制超聲波探傷儀發(fā)射高壓脈沖給超聲壓電探頭,從而激發(fā)超聲波,超聲波通過聚能器耦合到波導(dǎo)桿中,數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲回波信號(hào)的采集和上傳。上位機(jī)軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理以及結(jié)果的顯示。溫度的變化與聲速有直接關(guān)系,而聲速的變化將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)回波信號(hào)和端面回波信號(hào)之間時(shí)延差的變化,所以數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵是計(jì)算兩個(gè)回波信號(hào)的時(shí)延差。論文首先采用滑動(dòng)平均算法對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行去噪處理,接著對(duì)節(jié)點(diǎn)回波信號(hào)和端面回波信號(hào)進(jìn)行分離和重構(gòu),然后對(duì)這兩個(gè)回波信號(hào)作互相關(guān)處理,從而得到兩個(gè)回波信號(hào)之間的時(shí)延差,進(jìn)而得出聲速和溫度之間的關(guān)系曲線,完成溫度測(cè)量。通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)量,論文所設(shè)計(jì)的基于超聲波的溫度測(cè)量傳感器能夠完成對(duì)高溫快速、準(zhǔn)確的測(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】：2017
【分類號(hào)】：V23;TB559

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本文編號(hào)：1332704