本文關(guān)鍵詞：本質(zhì)安全超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：超聲波具有不受光線影響、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn),適用于高濕度、強(qiáng)腐蝕、多灰塵的各類特殊工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),如物位測(cè)量、機(jī)械手控制、倒車?yán)走_(dá)和機(jī)器人避障等。在燃爆環(huán)境下,超聲波測(cè)距技術(shù)具有很多應(yīng)用需求,如在煤礦、化工等燃爆性粉塵和燃爆性氣體環(huán)境下,電氣電子設(shè)備必須進(jìn)行防爆設(shè)計(jì),以滿足安全生產(chǎn)的需求,危害程度取決于引燃引爆源儲(chǔ)存釋放的能量大小。當(dāng)設(shè)備電路中儲(chǔ)存釋放的能量高于環(huán)境中物質(zhì)的最小點(diǎn)燃能量時(shí),便會(huì)引燃引爆環(huán)境中的粉塵或氣體,導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸事故。防爆設(shè)計(jì)是解決上述危險(xiǎn)的有效手段,其中使用最為廣泛的是加裝防爆外殼,但該方法存在成本高、笨重以及可靠性差等問題。本質(zhì)安全設(shè)計(jì)則正好能夠解決防爆外殼存在的問題,省略了復(fù)雜結(jié)構(gòu)而且本質(zhì)安全,重量輕、尺寸小、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)也使其成為煤礦電氣電子設(shè)備設(shè)計(jì)的首選方案。超聲波現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)理論和方法制約了其在燃爆環(huán)境中的應(yīng)用,各類超聲系統(tǒng)在礦井下工作時(shí),由于機(jī)械能-電能轉(zhuǎn)換效率受限,驅(qū)動(dòng)超聲換能器時(shí)需要提供較大的供電電壓。傳統(tǒng)方法是利用中周變壓器進(jìn)行升壓驅(qū)動(dòng),由于中周變壓器初級(jí)和次級(jí)線圈互感電感很大,工作時(shí)流過線圈的電流很大并產(chǎn)生很高的儲(chǔ)能,遠(yuǎn)高于環(huán)境中物質(zhì)的最小點(diǎn)燃能量,從而引燃煤礦井下的易燃易爆氣體,造成安全事故。為此我們開展了相應(yīng)的升壓技術(shù)研究,以期替代傳統(tǒng)的中周升壓技術(shù),在達(dá)到超聲波換能器所需電壓時(shí)符合本質(zhì)安全要求。由于本安驅(qū)動(dòng)在提升換能系統(tǒng)安全性能的同時(shí)需要以犧牲部分驅(qū)動(dòng)能力為代價(jià),為此提高本安驅(qū)動(dòng)下的換能效率也是需要解決的問題。超聲換能系統(tǒng)的整體換能效率主要取決于電能傳輸效率、機(jī)械能傳輸效率和機(jī)電轉(zhuǎn)換效率。影響機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換效率的重要指標(biāo)是壓電類晶體材料的機(jī)電耦合系數(shù)。由于超聲測(cè)距系統(tǒng)中壓電晶體多采用技術(shù)已趨成熟的PZT類壓電陶瓷,就壓電材料本身,尤其是機(jī)電耦合系數(shù)方面的效率提升空間已非常有限。因此,本安驅(qū)動(dòng)下?lián)Q能效率的提升可從電能傳輸和機(jī)械能傳輸方面實(shí)現(xiàn)。為此,研究本安超聲驅(qū)動(dòng)的阻抗匹配以求達(dá)到電能傳輸匹配和機(jī)械能傳輸匹配的實(shí)現(xiàn)和協(xié)調(diào),可提高超聲換能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。分析了Buck-Boost升壓電路在電流連續(xù)模式(CCM)和電流段續(xù)模式(DCM)下的短路釋放能量,得出Buck-Boost升壓電路在驅(qū)動(dòng)超聲波換能器負(fù)載時(shí)的最大短路電流,以此作為電路本質(zhì)安全判斷依據(jù),得到本安Buck-Boost升壓電路參數(shù)。隨后以所設(shè)計(jì)的本安Buck-Boost升壓電路輸出,通過分析超聲系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路方法和換能器在煤礦使用環(huán)境下的特點(diǎn),總結(jié)出超聲驅(qū)動(dòng)兩種本質(zhì)安全型超聲驅(qū)動(dòng)方法,最后針對(duì)兩種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì),并對(duì)每種超聲驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了相應(yīng)的阻抗匹配參數(shù)設(shè)計(jì),以求達(dá)到最佳的能量轉(zhuǎn)換效率。最后通過計(jì)算得到總電路的最大儲(chǔ)能,設(shè)計(jì)符合儲(chǔ)能要求的超聲回波處理電路,顯示電路等其它軟硬件電路,實(shí)現(xiàn)一種本質(zhì)安全超聲測(cè)距測(cè)距系統(tǒng),最后針對(duì)本本安超聲測(cè)距系統(tǒng)在正常工況和故障情況下的各點(diǎn)測(cè)試波形,并與國標(biāo)規(guī)定的最小點(diǎn)燃能量進(jìn)行對(duì)比,得到本超聲測(cè)距系統(tǒng)符合本安要求。各類在危險(xiǎn)環(huán)境下應(yīng)用的超聲測(cè)距設(shè)備具有技術(shù)共性,因此本研究可為燃爆環(huán)境下各類超聲設(shè)備的本安化設(shè)計(jì)提供借鑒。
【關(guān)鍵詞】：本質(zhì)安全 超聲測(cè)距 Buck-Boost 最小點(diǎn)燃能量 燃爆環(huán)境
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(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3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 研究背景及意義14-16
• 1.2 超聲波應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本安電路應(yīng)用及研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 本文主要工作及內(nèi)容安排19-22
• 第二章 本安理論及本安供電設(shè)計(jì)22-44
• 2.1 本安電路基本原理22-27
• 2.1.1 最小點(diǎn)燃能量和最小點(diǎn)燃曲線22-25
• 2.1.2 本安電路設(shè)計(jì)方法25-27
• 2.2 本安超聲測(cè)距方案27-29
• 2.2.1 本安測(cè)距電路設(shè)計(jì)流程27-28
• 2.2.2 本安測(cè)距系統(tǒng)總方案28-29
• 2.3 本安測(cè)距系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)29-44
• 2.3.1 輸出型本安供電設(shè)計(jì)29-32
• 2.3.2 本安Buck-Boost升壓電路設(shè)計(jì)32-39
• 2.3.3 Buck-Boost升壓電路實(shí)驗(yàn)研究39-44
• 第三章 本安超聲驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)44-70
• 3.1 本安超聲驅(qū)動(dòng)電路方案44-52
• 3.1.1 中周驅(qū)動(dòng)電路計(jì)算與分析44-46
• 3.1.2 換能器及其驅(qū)動(dòng)方式對(duì)比46-51
• 3.1.3 本安驅(qū)動(dòng)電路總方案51-52
• 3.2 高壓切換型本安驅(qū)動(dòng)電路52-63
• 3.2.1 切換驅(qū)動(dòng)總電路52-57
• 3.2.2 切換驅(qū)動(dòng)電路本安設(shè)計(jì)57-59
• 3.2.3 高壓切換驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)59-63
• 3.3 本安光耦轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路63-69
• 3.3.1 光耦驅(qū)動(dòng)各功能單元63-65
• 3.3.2 光耦轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路本安設(shè)計(jì)65-67
• 3.3.3 光耦轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)67-69
• 3.4 本章小結(jié)69-70
• 第四章 回波處理電路及軟件實(shí)現(xiàn)70-82
• 4.1 回波處理電路70-75
• 4.1.1 測(cè)距功能芯片選型70-71
• 4.1.2 放大電路71-72
• 4.1.3 帶通濾波電路72-73
• 4.1.4 峰值檢測(cè)電路和比較電路73-75
• 4.2 測(cè)距系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)75-79
• 4.2.1 數(shù)據(jù)輸出格式75-77
• 4.2.2 數(shù)據(jù)接收程序?qū)崿F(xiàn)77-78
• 4.2.3 測(cè)距數(shù)據(jù)處理78-79
• 4.3 測(cè)距顯示報(bào)警設(shè)計(jì)79-80
• 4.4 本章小結(jié)80-82
• 第五章 測(cè)距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及分析82-94
• 5.1 系統(tǒng)總電路實(shí)驗(yàn)測(cè)試82-87
• 5.1.1 超聲驅(qū)動(dòng)電路測(cè)試分析83-84
• 5.1.2 回波處理電路實(shí)驗(yàn)分析84-87
• 5.2 超聲測(cè)距系統(tǒng)故障分析87-90
• 5.2.1 超聲測(cè)距電路斷路分析87-88
• 5.2.2 超聲測(cè)距電路短路分析88-90
• 5.3 超聲測(cè)距數(shù)據(jù)分析90-92
• 5.4 本章小結(jié)92-94
• 第六章 總結(jié)與展望94-96
• 6.1 總結(jié)94-95
• 6.2 展望95-96
• 參考文獻(xiàn)96-102
• 致謝102-104
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文104

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 顧峰;空氣中超聲波測(cè)距系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)和預(yù)報(bào)[J];聲學(xué)技術(shù);1989年04期

2 譚曉軍;邵達(dá)成;;超聲波測(cè)距技術(shù)在自動(dòng)行走機(jī)器人中的應(yīng)用[J];中山大學(xué)研究生學(xué)刊(自然科學(xué)版);2001年04期

3 吳慎山;聶惠娟;吳東芳;付會(huì)凱;;智能超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年02期

4 白順先;;超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];科技信息(學(xué)術(shù)研究);2007年27期

5 杜川;馬玉磊;;基于超聲波測(cè)距的破碎機(jī)鄂腔寬度的思考[J];科技信息;2010年03期

6 陳雁;;低功耗超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];安徽科技;2010年05期

7 李長陽;;超聲波測(cè)距系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)[J];黑龍江科技信息;2010年33期

8 劉家亮;邵克勇;來斌;王偉;;基于調(diào)頻信號(hào)的超聲波測(cè)距在機(jī)器人的應(yīng)用[J];今日科苑;2011年06期

9 李戈;孟祥杰;王曉華;王重秋;;國內(nèi)超聲波測(cè)距研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J];測(cè)繪科學(xué);2011年04期

10 戴華平;胡紅亮;王旭;王玉濤;錢嘉偉;;基于耦合同步混沌系統(tǒng)的超聲波測(cè)距方法[J];計(jì)算機(jī)工程;2013年05期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 李丹;王景中;;應(yīng)用于機(jī)器人的超聲波測(cè)距系統(tǒng)[A];2007通信理論與技術(shù)新發(fā)展——第十二屆全國青年通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2007年

2 德愛玲;朱勇;寶大力;;基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)[A];中國電子學(xué)會(huì)第十五屆信息論學(xué)術(shù)年會(huì)暨第一屆全國網(wǎng)絡(luò)編碼學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2008年

3 楊東勇;蔣靜坪;;基于超聲波測(cè)距的機(jī)器人局部導(dǎo)航[A];首屆信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

4 王萍;萬柏坤;;超聲波精密定位的一種方法[A];第十七屆全國測(cè)控計(jì)量儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)（MCMI'2007）論文集（上冊(cè)）[C];2007年

5 劉志勇;;超聲波技術(shù)在藥劑自動(dòng)添加設(shè)備中的應(yīng)用[A];2013年全國選煤技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2013年

6 黃林;楊成忠;張君;李佳駿;;地磅系統(tǒng)車檢器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];浙江省信號(hào)處理學(xué)會(huì)2012學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2012年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 成都 賀煒;一款超聲波測(cè)距電路的設(shè)計(jì)與制作[N];電子報(bào);2013年

2 河南 宋戰(zhàn)校 摘;超聲波測(cè)距報(bào)警控制芯片4Y2[N];電子報(bào);2002年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 潘仲明;大量程超聲波測(cè)距系統(tǒng)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 湯傳國;基于超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)研究[D];長安大學(xué);2015年

2 孔維正;本質(zhì)安全超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];太原理工大學(xué);2016年

3 馬壯;攤鋪機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研究[D];太原科技大學(xué);2009年

4 鄒軼;近距離高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];大連理工大學(xué);2009年

5 楊斌虎;偽隨機(jī)序列相關(guān)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)研究[D];太原理工大學(xué);2004年

6 張振生;基于溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距系統(tǒng)的研究[D];天津大學(xué);2012年

7 杜新珂;超聲波測(cè)距在智能導(dǎo)盲系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];南京理工大學(xué);2012年

8 洪標(biāo);捷變模式下基于穩(wěn)定統(tǒng)計(jì)的超聲波測(cè)距算法研究[D];浙江工商大學(xué);2014年

9 王麗娜;基于小波變換高精度在線超聲波測(cè)距技術(shù)研究[D];長春理工大學(xué);2009年

10 王國軍;超聲波測(cè)距傳感器的研究[D];黑龍江大學(xué);2014年

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