超聲波漿液密度測量的方法研究.pdf

1、作為評價灌漿工藝的一項重要指標(biāo)，漿液密度的高精度實時測量具有重要意義。傳統(tǒng)的漿液密度測量方法多與整個灌漿系統(tǒng)的工藝設(shè)計配合使用，創(chuàng)新性不足，漿液密度測量精度也有待提高。本文提出一種新的測量方法，將超聲波測量技術(shù)與基于FPGA的高速信號處理系統(tǒng)結(jié)合起來，共同實現(xiàn)分辨率優(yōu)于0.01kg/m3的漿液密度測量。
　　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)系來實現(xiàn)密度測量，即通過檢測超聲波波速的變化來獲得介質(zhì)的密度信息，完成密度的精

2、密測量。當(dāng)超聲波傳播距離一定時，精密測量超聲波在介質(zhì)中的傳輸時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量原理，完成了超聲波漿液密度測量方案的設(shè)計，并結(jié)合實驗驗證了該方法的可行性。
　　超聲波漿液密度測量的核心技術(shù)體現(xiàn)在多聲道測量結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定可靠的超聲波信號、高速信號處理系統(tǒng)和特殊軟件算法等四個方面。完成基于FPGA的高速硬件電路設(shè)計和基于Verilog HDL的軟件設(shè)計，是實現(xiàn)漿液密度精密

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

4、采集設(shè)計針對換能器接收端輸出的回波信號制定采集方案。采集完成的數(shù)據(jù)存儲于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)，以便找出回波信號中幅值最大的特征波。高精度傳輸時間精密算法在精確確定傳輸時間起點、終點位置后，利用軟件細(xì)分算法計算出傳輸時間的終點時刻。
　　實驗研究部分，以純凈水作為被測介質(zhì)，驗證超聲波密度測量方案的可行性。實驗結(jié)果表明超聲波傳輸時間的測量精度達(dá)到納秒級，為研制超聲波漿液密度計，實現(xiàn)高精度漿液密