超聲導(dǎo)波測溫關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、我國航空工業(yè)的發(fā)展日新月異，對航空發(fā)動機(jī)的性能提出了更高的要求，而溫度是航空發(fā)動機(jī)工作的一個重要參數(shù)，是否能夠準(zhǔn)確測量發(fā)動機(jī)燃燒室以及尾焰的溫度將直接影響到發(fā)動機(jī)的性能。發(fā)動機(jī)燃燒室和尾焰溫度達(dá)到2000度以上，傳統(tǒng)的測溫傳感器，比如熱電偶，其測溫上限只有1800度，不能滿足測量要求。輻射測溫法在理論上無測量上限，但輻射測溫法需要對材料的發(fā)射率進(jìn)行修正，增加了對測量結(jié)果進(jìn)行處理的難度。此外，輻射溫度計的測量受中間介質(zhì)的影響很大，特別是在

2、工業(yè)現(xiàn)場條件下，周圍環(huán)境比較惡劣，中間介質(zhì)對測量結(jié)果的影響更大，測量精度得不到保證。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關(guān)鍵技術(shù)，一是超聲波耦合和放大，二是超聲回波信號處理。該溫度傳感器克服了熱電偶測溫范圍窄，以及輻射測溫法誤差大的缺點。
　　針對超聲回波信號幅度小，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的問題，論文首先對超聲聚能器的工作原理進(jìn)行簡要論述。通過指數(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。接著論文對圓錐形聚能器幾何尺寸的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)，并結(jié)合有限元仿真軟件comsol完成了對聚能器的設(shè)計，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，設(shè)計了基于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，超聲波通過聚能器耦合到波導(dǎo)桿中，數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)對超聲回波信號的采集和上傳。上位機(jī)軟件完成對數(shù)據(jù)的存儲、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)點回波信號和端面回波信號之間時延差的變化，所以數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵是計算兩個回波信號的時延差。論文首先采用滑動平均算法對超聲回波信號進(jìn)行去噪處理，接著對節(jié)