基于CAN总线的网络智能液位传感器

介绍了以两个超声波换能器为检测探头的基于CAN总线的网络化智能液位传感器的实现,具有温度补偿和自诊断功能.传感器以PIC18F258单片机为核心,驱动超声波探头发出脉冲信号,回波信号被超声探头接收,转换成脉冲电压,利用单片机内嵌的捕捉功能测出时间,从而测得距离;通过两个探头获得数据的比较,实现系统的自诊断和校正功能;用单片机内嵌的CAN总线控制模块实现传感器的网络化,用软件保证传感器在网络上通信时有最大传输速率.软、硬件上采用了抗干扰措施,使传感器能在环境恶劣的工业现场长时间稳定运行.核心部分已申报发明专利(200610097403.8)和实用新型专利(200620124925.8).     

热管工质非接触超声检测

本文主要介绍脉冲激光激发超声波、电磁传感器检出方案。讨论热管工质液位检测问题。试图解决一些声耦合困难，大批量生产过程中的在线检测问题。由于激发信号较强，回波信噪比高，测试稳定。     

基于单片机的高精度超声波液位检测系统

介绍一种使用超声波进行液位检测的微机控制系统及其硬件组成和相应软件流程图。为使测量具有较高的精度,系统在测量方式上采用在容器底部放置超声波探头的回波检测法,使超声波在液体中来回传播以稳定超声波传播速度。该系统由脉冲发射电路,变增益接收电路,温度补偿电路和相应的控制电路组成。     

基于电容式微机械超声换能器的脉冲回波接收电路设计

电容式微机械超声换能器(CMUT)是一种新型超声换能器,具有高带宽、易与前端放大电路集成等优点,CMUT通过输出微弱的变化电流实现超声波回波检测。根据CMUT工作在发射与接收模式的特点,设计了一种具有发射开关保护功能和跨阻放大器的脉冲回波接收电路。波特图测量表明该电路的最大增益为39 dB,-3 dB带宽为24.2 MHz,涵盖了医学与工业超声检测常用的频率范围。分别对5.8 MHz和9.4 MHz的CMUT进行脉冲回波实验测试,测试结果表明：在CMUT发射模式下,该电路能够防止高压发射脉冲损坏后级的跨阻放大器电路;在CMUT接收模式下,该电路能够有效地将微弱电流信号转化为电压信号并进行放大。因此该电路能够用于CMUT的脉冲回波信号处理。     

金属材料小缺陷超声反射信号建模及识别

为了能从含噪声金属材料超声检测信号中有效识别出微小缺陷回波,建立了金属材料超声反射信号模型并提出了基于相关系数的微小缺陷回波识别方法。对含微小缺陷金属材料超声脉冲反射信号的成分进行分析,建立了基于散射声场与高斯回波理论的优化超声回波模型。设计了超声缺陷回波位置识别方法。该方法对超声脉冲反射信号去噪后,取探头发射脉冲信号为参考信号;然后与去噪后的信号逐段求解相关系数;最后对该相关系数序列进行阈值化处理,获得缺陷回波在超声回波信号中的位置。将利用上述优化超声回波模型生成的超声反射信号及其频谱与实验获得的金属材料超声反射信号及其频谱进行了对比,结果表明:两者的时频域特征具有一致性。当将阈值设定为相关系数序列最大值的60%时,能够有效从超声背散射信号中识别出金属材料微小缺陷回波。     

磁致伸缩式扭转超声波位移传感器的研究与设计

介绍磁致伸缩式扭转超声波位移传感器的工作原理及设计机制。该传感器利用磁致伸缩的Wiedeman效应发射扭转波，利用磁致伸缩逆效应接收回波信号，根据发射脉冲与回波信号的时间差计算活动磁铁的位置，由于磁致伸缩材料和扭转波传播的特性，以及测量电路对于精确测时功能的实现，使和该传感器同时具有精度高，成本低，寿命长和安装简便，适用范围宽等优点。     

基于BP网络的超声波动态液位监测

液体在运输过程中会产生明显的晃动,其液位的实时动态监测一直是一个技术难题,至今没有得到很好的解决。本研究以此为突破口,采用三个超声波传感器组成阵列结构,同步激励发射脉冲超声波,利用定长时窗内接收的回波信号包络提取瞬时液面反射点的时延信息,再结合三点瞬态液位平均值与液体晃动梯度等参数,训练BP神经网络,得到动态液位的数学模型。在实验室条件下的试验结果表明,该方法可准确测得液体在模拟运输过程中的液位。这项技术也可以用于测量其静态液位。在石油化工、冶金、电力、制药等行业有着广阔的应用前景。     

基于NLFM Barker编码的板材焊缝缺陷超声检测方法研究

针对编码超声检测中,回波信号经脉冲压缩后存在主瓣持续时间长和旁瓣水平高的问题,提出了一种基于非线性调频(NLFM) Barker复合编码的超声波激励方法,用于板材焊缝缺陷检测。给出了该复合码的产生方法,并推导出了其函数表达式。通过仿真对比分析了其与Barker码、非线性调频信号、以及线性调频Barker码这3种编码激励方法产生的超声波的时频特性、传感器响应特性以及回波脉冲压缩特性。试验结果表明,该复合编码超声回波信号经脉冲压缩后,其主旁瓣功率比较非线性调频信号和线性调频Barker码分别提高了约11和5 dB,峰值旁瓣水平较Barker码、非线性调频信号、以及线性调频Barker码分别降低了约7.8、7和3.6 dB,并能有效检测出焊缝中预设的5种常见缺陷。     

一种磁致伸缩式超声波激发/接收传感器的研究

以研制磁致伸缩式超声波传感器为目标，分析了磁致伸缩式超声波传感器的工作原理——磁致伸缩效应及逆效应，重点讨论传感器结构设计及线圈参数选择计算，制作了磁致伸缩式超声波传感器。本文研制的传感器在脉冲激励电流的作用下，可在细丝中激发超声波，同时还可以接收细丝中传播的超声波；该传感器既可以激发扭转波，又可以激发纵波。可用于测量液位、温度、液体密度和材料的声速、弹性模量等物理量。     

浅析大罐液位在线检测的几种方法

在线检测是现代工业发展的趋势,利用超声波可以实现大罐液位的在线检测.超声波测量液位的方法很多,其中应用最广泛的是脉冲回波法.本文对几种现在应用比较广泛的利用回波测量液位的方法进行了深入的分析,并提出利用神经网络处理数据的方法.     

相敏检波在空气耦合超声检测中的应用

空气耦合超声检测信噪比低、脉冲余振长,需要采用合适的信号处理技术增强接收信号的信噪比。根据空气耦合超声检测过程中影响接收信号的因素,提出先采用相敏检波技术对接收信号进行处理,获取相位信号,然后计算得到超声检测信息。介绍了超声检测中的超外差接收、相敏检波原理,并阐述了在超声检测应用中需注意的问题。根据分析研究结果,构建了相敏检波空气耦合超声检测系统,在常规超声检测系统的基础上进行了相应改造,实现了超声成像检测。碳纤维增强复合材料板的成像检测结果表明:相敏检波可以有效提高系统信噪比和检测效果。     

基于虚拟仪器的超声波探伤仪的设计

介绍虚拟超声波探伤仪的工作原理、系统组成、软件设计步骤、各参数的设置、系统调试与仿真方法。本系统能显示超声波探伤波形，并计算出缺陷位置和缺陷率。     

微机化的超声液体浓度在线检测仪

本文介绍了一种超声波液体溶液浓度的在线检测方法,并研制了相应的以单片机和计算机为核心的在线检测仪,计算机中的溶液成份数据库中存贮了多种溶液的声时,温度及浓度关系曲线,检测时可根据存贮的曲线反演出浓度;溶液成份数据库为开放系统,用户可自己添加数据库中没有的关系曲线,从而可检测该溶液浓度;仪器采用了声时、声幅衰减及数字处理技术联合排除气泡干扰方法,增强了仪器的稳定性;仪器采用了主精度测声时方法,以提高浓度测量精度,计算机提供了数据查询及图形处理等功能,极大地方便了用户生产管理。     

Envelope pulsed ultrasonic distance measurement system based upon amplitude modulation and phase modulation

A novel microcomputer-based ultrasonic distance measurement system is presented. This study proposes an efficient algorithm which combines both the amplitude modulation (AM) and the phase modulation (PM) of the pulse-echo technique. The proposed system can reduce error caused by inertia delay and amplitude attenuation effect when using the AM and PM envelope square wave form (APESW). The APESW ultrasonic driving wave form causes a phase inversion phenomenon in the relative wave form of the receiver. The phase inversion phenomenon sufficiently identifies the "measurement pulse" in the received wave forms, which can be used for accurate time-of-flight (TOF) measurement. In addition, combining a countertechnique to compute the phase shifts of the last cycle for TOF, the presented system can obtain distance resolution of 0.1% of the wavelength corresponding to the 40 kHz frequency of the ultrasonic wave. The standard uncertainty of the proposed distance measurement system is found to be 0.2 mm at a range of 50-500 mm. The APESW signal generator and phase detector of this measuring system are designed on a complex programmable logic device, which is used to govern the TOF measurement and send the data to a personal computer for distance calibration and examination. The main advantages of this APESW system are high resolution, low cost, narrow bandwidth requirement, and ease of implementation.     

Finite-Difference Time Domain Method. Calculating Echo Signals in Homogeneous Isotropic Materials

The method of finite differences in time domain (FDTD) can be used to calculate echo signals in numerical ultrasonic-inspection experiments. As the FDTD method is based on the explicit numerical solution of the wave equation for elastic medium, it can be used to take account of the emergence of a run round wave on a bulk reflector, the effects of a longitudinal wave transforming into a lateral one in the scattering of ultrasound on a crack, and rescattering of pulses between reflectors and test object boundaries. Numerical solution of the vector wave equation by the FDTD method, in contrast to the modelling methods based on the theory of ray tubes, enables a more accurate modeling of ultrasonic inspection results. In this article, three options are considered for suppressing pulse reflections from computational grid boundaries. Calculating the direct problem of the propagation of elastic vibrations through a solid body by the FDTD method may prove useful when solving the inverse coefficient problem of nondestructive ultrasonic inspection.     

A study on ultrasonic test for evaluation of spot weldability in automotive materials

The evaluation of spot weldability is very important in managing the quality of products and also in increasing the credibility in the automotive manufacturing processes. The purpose of this study is to investigate the applicability of ultrasonic techniques for the evaluation of weldability in spot weldment. Through test results, it is confirmed that the behavior of the average attenuation coefficient (α _avg) shows a close relationship with the behavior of tensile-shear strength. The transit time of the ultrasonic pulse echo and nugget size also show a close interrelation. If a larger experimental database with various welding conditions can he collected, then it can he shown that the attenuation coefficient and the transit time of an ultrasonic wave can be effective parameters in the evaluation of spot weldability.     

Operating Limits for Acoustic Measurement of Rolling Bearing Oil Film Thickness

An ultrasonic pulse striking a thin layer of liquid trapped between solid bodies will be partially reflected. The proportion reflected is a function of the layer stiffness, which in turn depends on the film thickness and its bulk modulus. In this work, measurements of reflection have been used to determine the thickness of oil films in elastohydrodynamic lubricated (EHL) contacts. A very thin liquid layer behaves like a spring when struck by an ultrasonic pulse. A simple quasi-static spring model can be used to determine the proportion of the ultrasonic waves reflected.

Experiments have been performed on a model EHL contact between a ball and a flat surface. A transducer is mounted above the contact such that the ultrasonic wave is focused onto the oil film. The reflected signals are captured and passed to a PC for processing. Fourier analysis gives the reflection spectrum that is then used to determine the stiffness of the liquid layer and hence its thickness. In further testing, an ultrasonic transducer has been mounted in the housing of a deep-groove ball bearing to measure the film generated at the outer raceway as each ball passes. Results from both the ball-flat and ball bearing measurements agree well with steady-state theoretical EHL predictions. The limits of the measuring technique, in terms of the measurable rolling bearing size and operating parameters, have been investigated.     

高效液相色谱紫外-可见光检测器参数设置对分析结果的影响

高效液相色谱仪仪器参数的选择不同可能对实验结果产生不同程度的影响。本文采用UV229型高精度紫外．可见光高效液相色谱检测器，研究仪器参数设置对分析结果影响的规律。所选择的仪器参数包括：狭缝宽度、响应时间和检测波长，通过检测限，线性范围和信噪比评价分析结果。结果表明：较大的狭缝宽度使检测器线性范围变差，但可以提高检测灵敏性，降低检测限。提高响应时间可以在一定程度上抑制基线噪声，但同时也使色谱峰峰高下降，色谱峰形变宽，对于早出峰组分影响尤其显著。对于不同的样品，选择合适的检测波长至关重要，不仅可以提高检测灵敏度，也可使线性范围增大。实际分析方法的建立，在仪器参数的选择上，可以根据分析目的对仪器参数加以调整，以达到理想的分析结果。     

新型飞行时间质谱离子移除装置的研制

本文介绍了一种用于飞行时间质谱离子检测器选择性移除非目标检测离子的脉冲电场装置。通过调节脉冲电压时序、优化脉冲电压值,实现对非目标检测离子的有效移除,使离子选择性地进入离子检测器,减少离子检测器的消耗,延长其使用寿命。结果表明,除了由脉冲上升沿和下降沿引起的质谱信号振荡对相邻飞行时间区域内的离子产生一定的影响外,该装置和方法可以选择性地、有效地移除非目标检测离子,以减少MCP离子检测器的消耗,延长其使用寿命,为飞行时间质谱非目标离子的移除提供一种简单、可行的方法。