超聲導(dǎo)波測(cè)溫關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、我國(guó)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(wú)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

2、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(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的問(wèn)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(guò)指數(shù)形、圓錐形以

3、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(wèn)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

4、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(guò)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)