TOP29【毕业设计】应教052郭志勇--气体泄漏超声检测系统的设计.doc文档免费在线阅读

电容滤波电路现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。

电容滤波电路如图所示，在负载电阻上并联了个滤波电容。

图电容滤波电路滤波原理若处于正半周，二极管导通，变压器次端电压给电容器充电。

此时相当于并联在上，所以输出波形同，是正弦波。

当到达时，开始下降。

先假设二极管关断，电容就要以指数规律向负载放电。

指数放电起始点的放电速率很大。

在刚过时，正弦曲线下降的速率很慢。

所以刚过时二极管仍然导通。

在超过后的个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。

所以在到时刻，二极管导电，充电，按正弦规律变化到时刻二极管关断，按指数曲线下降，放电时间常数为。

电容滤波需要指出的是，当放电时间常数增加时，点要右移，点要左可分直探头纵波斜探头横波表面波探头表面波兰姆波探头兰姆波双探头个探头反射个探头接收等。

超声探头前臵放大带通滤波精密检波电路键盘单片机稳压电源放大电路混频器生的，它具有频率高波长短绕射现象小，特别是方向性好能够成为射线而定向传播等特点。

超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。

小功率超声探头多作探测作用。

它有许多不同的结构，部分原理。

图系统原理图各单元电路的介绍超声探头的原理超声探头也称为超声波传感器，超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。

超声波是种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产电路组成。

音频处理电路由本振电路混频器功率驱动电路组成。

数字部分主要由单片机和等外围设备组成。

传感器信号经过放大滤波以后，路交由单片机处理，另路通过降频转化为可听声。

下面介绍各泄漏声和本底噪声能量差值也最大，这样选择可以增加系统灵敏度。

系统原理如图所示。

系统分为模拟和数字两部分，模拟部分包括信号放大电路和音频处理电路等。

信号放大电路由前臵放大电路带通滤波电路和二次放大大的。

所以要检测出在恶劣环境下的气体泄漏所发出的超声，必须对系统信号放大部分进行精心的设计。

在本系统中只检测点的泄露超声波的强度，原因是通过实验得出，在点的泄漏超声波能量都是比较大的，而且个频率点的强度，再给出泄漏系统内外压力，就可以估算出气体泄漏量。

超声检测电路设计原理与各单元电路的概述电路系统的硬件实现过程小孔气体泄漏所发出的超声波强度是极其微弱的，而且在工业场合，环境噪声是相当度为气体常数，对于空气则。

当雷诺数气体流速知道以后，就可以反求出该泄漏孔力学平均直径，即可得出泄漏量。

通过以上分析得出只要能检测出距离泄漏点定距离的超声波在泄漏孔，它的泄漏流速都是定的，可以用公式来表示式中，为气体流速为管内压力为环境大气绝对压力为绝对温体，由于有源源不断的气体补给，管道里面的气压般都是恒定值。

而对于工业容器，由于小孔泄漏的泄漏量非常微弱，容器当中的压力变化非常缓慢，所以可以认为在段时期内是恒定值。

当系统内外压力定时，对于不同的泄漏孔的雷诺数。

对于该泄漏孔，由于它的力学平均直径是确定的，所以这时雷诺数与气体泄漏量成正比关系。

但是对于不同的泄漏孔，并不知道它的力学平均直径，因此光知道雷诺数还不能求出泄漏量。

在工业上，对于管道气点声压与雷诺数之间的关系如图所示。

式中，为气体密度为粘度为流速为力学平均直径。

图声压级与雷诺数的关系由图可知，如果能检测出泄露孔附近在个频率点的声强，则可以推算出该是在同频率点，对于形状相同的泄漏孔，泄漏所产生的超声波的声强随泄漏量的增大而增大。

另外，如果泄漏量恒定，即泄漏面积定，则泄漏孔的形状越接近于圆形，声压越高。

当泄漏孔的雷诺数用式表示时，在压力的变化而变化的。

比如在定的泄漏孔径和压力下，如果泄露超声波的频谱峰值是在点，那么加大孔径以后它的频谱峰值可能出现在点如果孔径不变，加大系统内外压差，频谱峰值可能出现在点。

但距离定时，泄漏超声的声压级是随泄漏孔尺寸和系统压力的变化而变化的。

泄漏产生的超声波频带比较宽，般在到之间。

在不同的频率点，超声波的能量是不同的。

实际上，它的频谱峰值也是随泄漏孔的尺寸和式中，为垂直方向距离喷口处的声压级单位为喷口直径单位为环境大气绝对压力为泄漏孔驻压。

由此可知，在与泄漏孔的断泄漏位臵相当简单。

图气体泄漏产生超声波声压与泄漏量的关系泄漏超声本质上是湍流和冲击噪声。

泄漏驻点压力与泄漏孔口直径决定了湍流声的声压级。

著名学者马大猷教授推出如下公式断泄漏位臵相当简单。

图气体泄漏产生超声波声压与泄漏量的关系泄漏超声本质上是湍流和冲击噪声。

泄漏驻点压力与泄漏孔口直径决定了湍流声的声压级。

著名学者马大猷教授推出如下公式式中，为垂直方向距离喷口处的声压级单位为喷口直径单位为环境大气绝对压力为泄漏孔驻压。

由此可知，在与泄漏孔的距离定时，泄漏超声的声压级是随泄漏孔尺寸和系统压力的变化而变化的。

泄漏产生的超声波频带比较宽，般在到之间。

在不同的频率点，超声波的能量是不同的。

实际上，它的频谱峰值也是随泄漏孔的尺寸和压力的变化而变化的。

比如在定的泄漏孔径和压力下，如果泄露超声波的频谱峰值是在点，那么加大孔径以后它的频谱峰值可能出现在点如果孔径不变，加大系统内外压差，频谱峰值可能出现在点。

但是在同频率点，对于形状相同的泄漏孔，泄漏所产生的超声波的声强随泄漏量的增大而增大。

另外，如果泄漏量恒定，即泄漏面积定，则泄漏孔的形状越接近于圆形，声压越高。

当泄漏孔的雷诺数用式表示时，在点声压与雷诺数之间的关系如图所示。

式中，为气体密度为粘度为流速为力学平均直径。

图声压级与雷诺数的关系由图可知，如果能检测出泄露孔附近在个频率点的声强，则可以推算出该泄漏孔的雷诺数。

对于该泄漏孔，由于它的力学平均直径是确定的，所以这时雷诺数与气体泄漏量成正比关系。

但是对于不同的泄漏孔，并不知道它的力学平均直径，因此光知道雷诺数还不能求出泄漏量。

在工业上，对于管道气体，由于有源源不断的气体补给，管道里面的气压般都是恒定值。

而对于工业容器，由于小孔泄漏的泄漏量非常微弱，容器当中的压力变化非常缓慢，所以可以认为在段时期内是恒定值。

当系统内外压力定时，对于不同的泄漏孔，它的泄漏流速都是定的，可以用公式来表示式中，为气体流速为管内压力为环境大气绝对压力为绝对温度为气体常数，对于空气则。

当雷诺数气体流速知道以后，就可以反求出该泄漏孔力学平均直径，即可得出泄漏量。

通过以上分析得出只要能检测出距离泄漏点定距离的超声波在个频率点的强度，再给出泄漏系统内外压力，就可以估算出气体泄漏量。

超声检测电路设计原理与各单元电路的概述电路系统的硬件实现过程小孔气体泄漏所发出的超声波强度是极其微弱的，而且在工业场合，环境噪声是相当大的。

所以要检测出在恶劣环境下的气体泄漏所发出的超声，必须对系统信号放大部分进行精心的设计。

在本系统中只检测点的泄露超声波的强度，原因是通过实验得出，在点的泄漏超声波能量都是比较大的，而且泄漏声和本底噪声能量差值也最大，这样选择可以增加系统灵敏度。

系统原理如图所示。

系统分为模拟和数字两部分，模拟部分包括信号放大电路和音频处理电路等。

信号放大电路由前臵放大电路带通滤波电路和二次放大电路组成。

音频处理电路由本振电路混频器功率驱动电路组成。

数字部分主要由单片机和等外围设备组成。

传感器信号经过放大滤波以后，路交由单片机处理，另路通过降频转化为可听声。

下面介绍各部分原理。

图系统原理图各单元电路的介绍超声探头的原理超声探头也称为超声波传感器，超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。

超声波是种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高波长短绕射现象小，特别是方向性好能够成为射线而定向传播等特点。

超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。

小功率超声探头多作探测作用。

它有许多不同的结构，可分直探头纵波斜探头横波表面波探头表面波兰姆波探头兰姆波双探头个探头反射个探头接收等。

超声探头前臵放大带通滤波精密检波电路键盘单片机稳压电源放大电路混频器本振电路功率驱动耳机超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的块压电晶片。

构成晶片的材料可以有许多种。

晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。

超声波传感器的主要性能指标包括工作频率。

工作频率就是压电晶片的共振频率。

当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

工作温度。

由于压电材料的居里点般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。

医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。

灵敏度。

主要取决于制造晶片本身。

机电耦合系数大，灵敏度高反之，灵敏度低。

前臵放大电路由于超声波信号十分微弱，般都是毫伏级，有的甚至是微伏级，所以必须经过前臵放大器的放大，才能在示波器显示或记录其波形。

在这里我选择了双电路低噪声运算放大器。

运算放大器具有双电路低漂移低功耗低噪声及体积小等特点，其特性是输入失调电压温度漂移偏臵电流增益带宽积转换速率噪声消耗电流电源差模电压共模电压功耗封装形式如图所示图封装图前臵放大电路如图所示图前臵放大电路带通滤波器二阶有源带通滤波器二阶有源带通滤波器的幅频特性图所示电路为二阶有源带通滤波器，运算放大器构成同相放大器，其闭环增益为