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，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，將超聲波測量技術與基于FPGA的高速信號處理系統(tǒng)結合起來，共同實現分辨率優(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密度之間存在的函數關系來實現密度測量，即通過檢測超聲波波速的變化來獲得介質的密度信息，完成密度的精

2、密測量。當超聲波傳播距離一定時，精密測量超聲波在介質中的傳輸時間就可得出超聲波的速度，再根據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計，并結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體現在多聲道測量結構、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的高速硬件電路設計和基于Verilog HDL的軟件設計，是實現漿液密度精密

3、測量的關鍵。
　　硬件設計以FPGA為核心，主要包括超聲波換能器驅動電路設計和超聲波回波信號采集、處理電路設計，FPGA的功能主要體現在三個方面：與DDS技術相結合完成超聲波換能器的驅動設計，產生超聲波信號；與高分辨率的 A/D轉換電路結合起來，完成超聲波回波信號的高速采樣、存儲設計；其內部構建的處理器能夠對存儲在RAM區(qū)的采樣數據進行處理。
　　軟件設計包括回波數據采集設計、特征波查找算法和超聲波傳輸時間精密算法?；夭〝祿?/p>

4、采集設計針對換能器接收端輸出的回波信號制定采集方案。采集完成的數據存儲于FPGA內構建的RAM中，特征波查找算法分析、比較這些采樣數據，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，驗證超聲波密度測量方案的可行性。實驗結果表明超聲波傳輸時間的測量精度達到納秒級，為研制超聲波漿液密度計，實現高精度漿液密