超聲波漿液密度測(cè)量的方法研究.pdf

1、作為評(píng)價(jià)灌漿工藝的一項(xiàng)重要指標(biāo)，漿液密度的高精度實(shí)時(shí)測(cè)量具有重要意義。傳統(tǒng)的漿液密度測(cè)量方法多與整個(gè)灌漿系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)配合使用，創(chuàng)新性不足，漿液密度測(cè)量精度也有待提高。本文提出一種新的測(cè)量方法，將超聲波測(cè)量技術(shù)與基于FPGA的高速信號(hào)處理系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，共同實(shí)現(xiàn)分辨率優(yōu)于0.01kg/m3的漿液密度測(cè)量。
　　利用超聲波的傳播速度與介質(zhì)密度之間存在的函數(shù)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)密度測(cè)量，即通過(guò)檢測(cè)超聲波波速的變化來(lái)獲得介質(zhì)的密度信息，完成密度的精

2、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)中的傳輸時(shí)間就可得出超聲波的速度，再根據(jù)傳播速度間接求得密度值。文中系統(tǒng)分析了超聲波漿液密度測(cè)量原理，完成了超聲波漿液密度測(cè)量方案的設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。
　　超聲波漿液密度測(cè)量的核心技術(shù)體現(xiàn)在多聲道測(cè)量結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定可靠的超聲波信號(hào)、高速信號(hào)處理系統(tǒng)和特殊軟件算法等四個(gè)方面。完成基于FPGA的高速硬件電路設(shè)計(jì)和基于Verilog HDL的軟件設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)漿液密度精密

3、測(cè)量的關(guān)鍵。
　　硬件設(shè)計(jì)以FPGA為核心，主要包括超聲波換能器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和超聲波回波信號(hào)采集、處理電路設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA的功能主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：與DDS技術(shù)相結(jié)合完成超聲波換能器的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，產(chǎn)生超聲波信號(hào)；與高分辨率的 A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié)合起來(lái)，完成超聲波回波信號(hào)的高速采樣、存儲(chǔ)設(shè)計(jì)；其內(nèi)部構(gòu)建的處理器能夠?qū)Υ鎯?chǔ)在RAM區(qū)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
　　軟件設(shè)計(jì)包括回波數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)、特征波查找算法和超聲波傳輸時(shí)間精密算法?；夭〝?shù)據(jù)

4、采集設(shè)計(jì)針對(duì)換能器接收端輸出的回波信號(hào)制定采集方案。采集完成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于FPGA內(nèi)構(gòu)建的RAM中，特征波查找算法分析、比較這些采樣數(shù)據(jù)，以便找出回波信號(hào)中幅值最大的特征波。高精度傳輸時(shí)間精密算法在精確確定傳輸時(shí)間起點(diǎn)、終點(diǎn)位置后，利用軟件細(xì)分算法計(jì)算出傳輸時(shí)間的終點(diǎn)時(shí)刻。
　　實(shí)驗(yàn)研究部分，以純凈水作為被測(cè)介質(zhì)，驗(yàn)證超聲波密度測(cè)量方案的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量精度達(dá)到納秒級(jí)，為研制超聲波漿液密度計(jì)，實(shí)現(xiàn)高精度漿液密