超声波隧道风速测量技术研究

研究了一种基于鉴相技术的超声波隧道风速测量方法,建立了风速测量模型。该方法克服了传统时差法电路复杂、信号处理较难的缺点,实现了隧道风速的高精度实时检测。测量系统采用一个传感器连续发射,两对传感器同时接收的结构实现不同风速段的测量,在保证测量范围的同时提高了低风速段的测量精度。系统以单片机ATMEGA128为核心,采用CPLD进行高精度数字鉴相,提高了处理精度;利用温度补偿技术进一步提高测量精度。与传统的测量方法相比,该系统测量精度有较大提高。     

矿用对射式风速风向传感器设计

针对目前风速传感器启动风速高、设计方案复杂、无法准确测量巷道整个断面平均风速的问题,基于超声波对射式测风原理,设计了以STM32为核心的矿用对射式风速风向传感器,介绍了传感器总体结构、收发电路设计、滤波算法及软件流程。该传感器改变了以点带面的测风方式,通过大距离（5～12 m）超声测风技术测量巷道中线风速,以该风速代表整个巷道的平均风速,提高了巷道风速测量的准确性和实时性。依据设计方案研发了测试样机,在环形风洞中的测试结果表明,该传感器测量值与风速标准值在0.1～15 m/s内具有较好的一致性,测量误差小于0.1 m/s,能够满足智能化矿井对巷道风速测量精度的要求。     

超声波风速风向仪的研制

超声波风速风向的设计仪国内少有报道.本系统采用时差法原理实现对风速风向的测量,利用单片机PIC18F4580为控制核心,构成高速计时模块,利用多重阈值比较电路,结合软件设计实现发射时间范围控制和可靠性检验.实验结果表明系统在风速30m/s以下与参照曲线拟合程度较高,实现了用时差法超声波测量风速风向的目的,具有一定实用价值.     

基于超声波测距的巷道两帮变形量测量系统设计

针对传统的收敛计人工测量法测量矿山巷道变形量费时、费力的缺点,提出基于超声波测距的巷道两帮变形量测量系统设计方案。该系统采用C8051F340单片机控制超声波探头进行超声波的发射和接收,通过温度补偿模块测量实时的环境温度,根据超声波在空气中的传播速度与温度的关系得到实际的超声波速度,并根据超声波测距原理计算巷道两帮的距离。实际测试结果表明,该系统实现了对巷道两帮变形量的实时测量,测量精度为1 mm。     

一种矿井风量检测仪的设计

针对目前采用机械式或电子式风速计以及米尺或皮尺测量井巷风量方法存在效率低、精度低、准确性差等问题,提出了一种可实现多参数自动测量的矿井风量检测仪的设计方案,介绍了该检测仪的组成、测量原理及软件设计。该仪器采用超声波探头及超声波时差法测量井巷风速,采用激光脉冲法测量测点与巷壁的距离,经计算得出巷道断面积,将校正后的风速与巷道断面积相乘即得到风量值。试验结果表明,该检测仪测量快速,精度较高。下一步将在井下测试该检测仪的准确性。     

一种基于FPGA的水膜仪系统的设计与应用

为实现对水膜的高精度测量,设计了一种基于FPGA的水膜厚度检测仪,该系统由FPGA控制模块、超声波发射模块、回波信号接收模块、温度反馈模块和算法结算水膜厚度模块等构成,采用渡越时间检测法测量水膜厚度,根据实时温度反馈提高测量精度,通过算法减小误差。实验结果表明,该系统盲区小,测量范围2.25 mm～500 mm,精度达到0.1 mm,并且具有较高的稳定性,可以用于实际工作。     

风洞超声波风速风向三维测量装置设计与实现

超声波在顺逆风中传播速度不同,在距离一定的条件下,风在顺逆向传播存在时差,将超声波传感器按一定阵列布置,基于空间向量分析算法可以设计一种超声波三维风速风向测量装置。详细介绍了风速风向三维测量装置正三棱锥体传感器布置方案,阐述了硬件电路的总体框架图和各外围接口电路的设计,说明了超声波风速风向测量装置算法软件编程实现和计算控制流程。通过对装置主要功能模块的测试和实际风洞试验证明,超声波三维风速风向测量装置能够实时测量风速的大小和方向,满足风洞试验测试要求。     

基于自干涉技术的超声波氧气传感器设计

系统依据二元混合气体检测理论采用超声波技术测量混合气体中氧气的浓度,并针对超声波测量过程中渡越时间易受噪声干扰的问题,设计了一种采用自干涉技术的超声波式氧气传感器。本文首先介绍了二元混合气体检测理论,之后详细介绍了超声波自干涉现象产生机理,最后完成了系统中整个自干涉激励,检测电路的设计,其中详细介绍了系统核心EPM1270内的各个模块的功能。实验结果表明,本系统完全能够实现对氮,氧混合气体中氧气浓度的实时测量,相比传统的超声波式氧气传感器,该系统具有更高的测量精度,更强的抗干扰能力。     

基于TDC-GP22的超声波渡越时间测量方法研究

介绍了采用TDC-GP22用于超声波气体流量计信号接收和渡越时间(TOF)检测的实现方法。针对超声波信号接收电路,设计了带通滤波放大电路进行噪声抑制和放大处理,采用高速模数转换器(ADC)和数字电位器设计了增益控制电路,实现了对超声波接收信号的自动增益控制(AGC);针对超声波渡越时间检测,设计了阈值比较电路和高精度TDC-GP22时间检测电路。利用噪声阈值门限对TDC-GP22进行动态使能,避免了噪声引起的误检测。在音速喷嘴气体流量标准装置上进行了流量标定试验,试验结果证明了本测量系统具有良好的测量精度和测量稳定性。     

基于DDS技术的矿用风速传感器设计

针对现有煤矿井下用风速传感器工况条件差、性能易下降的问题,设计了一种基于DDS技术的矿用风速传感器。该传感器采用DDS技术设计了具有高稳定性谐振频率的超声波振荡电路,利用卡曼涡街原理实现了风速值实时、精准的测量。试验结果表明,该风速传感器可靠性高,测量误差较小,抗干扰性强。     

一种高精度超声测距系统的设计

介绍了超声波测距的原理,分析了超声波测距产生误差的原因,设计一种高精度超声测距系统。提出通过确定回波前沿以计算渡越时间,实时测量环境温度修正超声波传播速度,以提高超声波测距精度的方法。在此基础上,设计了超声波测距系统的硬件和软件。实验结果验证了本系统具有精度高的优点。     

基于超声波流量计的流速模拟器设计

为了解决超声波流量计必须在管道以及流体都存在的情况下才可以进行信号链路功能测试的不便性，设计了一种专门针对超声波流量计的流速模拟系统。流速模拟系统以FPGA为核心，实现了对待测超声波流量计发射起始时间点的检测以及模拟回波信号的产生。通过分别测量顺流和逆流两种情况下的渡越时间差，计算被测流体的流速和流量，并进行数据分析，方便快捷地实现了对超声波流量计收发信号链路的功能验证。     

风速风向的移动测量系统设计

针对传统测风仪器无法直接用于移动条件下(如车载或船载时)的风速风向测量的问题,设计了一种可以在移动平台上应用的超声波风速风向测量系统。该系统使用超声波时差法测量平面内二维风向风速,同时使用霍尔传感器和电子罗盘测量基座的移动速度和方向,通过微处理器对测得的风速风向进行修正,得到实际风速和风向。系统采用ARM作为核心控制器,提高了时差的测量精度,并降低了功耗。     

水中原油含量在线检测方法研究

油水混合物原油含量的在线准确测量对油井产量估算和油井开发寿命预测至关重要。提出了一种基于超声波原理的水中原油含量在线检测方法,搭建了高精度的实验测量平台,并完成了实验测量。测量系统硬件电路主要包含超声脉冲发射与接收电路;系统软件完成了FPGA触发信号的产生、A/D采样、数据处理以及上位机显示等功能;实验平台包括超声探头、支撑架、固定架和实验器皿等。系统通过采集超声波回波信号并分析发射波和接收波之间的关系得到对应含油量。实验结果表明误差均在2.5%以内,对同一比例油水混合物实验重复性良好。实时改变油水比例,根据实验得到的数据与波形,实现了油水混合物中原油含量的在线实时准确测量。     

基于超声波原理的开孔参数标定系统研究

针对传统的人工丈量方法标定开孔方位角和倾斜角存在操作程序繁琐、稳钻时间长、精度低等问题,设计了基于超声波原理的钻孔开孔参数标定系统。该系统采用超声波渡越时间检测法测量参考点之间的距离,并由单片机解算出钻杆的方位角,选用微机械三轴加速度计测量倾斜角,实现了全自动化的实时跟踪测量及智能化的钻机姿态调整语音指导操作;在误差允许范围内,可快速标定所需开孔参数。该系统提高了开孔参数标定精度、标定效率及煤矿管理水平,降低了矿工劳动强度和煤矿管理成本。     

基于超声波原理的开孔参数标定系统研究

针对传统的人工丈量方法标定开孔方位角和倾斜角存在操作程序繁琐、稳钻时间长、精度低等问题,设计了基于超声波原理的钻孔开孔参数标定系统。该系统采用超声波渡越时间检测法测量参考点之间的距离,并由单片机解算出钻杆的方位角,选用微机械三轴加速度计测量倾斜角,实现了全自动化的实时跟踪测量及智能化的钻机姿态调整语音指导操作;在误差允许范围内,可快速标定所需开孔参数。该系统提高了开孔参数标定精度、标定效率及煤矿管理水平,降低了矿工劳动强度和煤矿管理成本。     

超声波传感技术的矿用多通道智能风速风向仪

针对国内矿井现阶段测风仪器产品测量精准度易受井下潮湿、多尘等复杂条件的影响,提出了一种矿用智能多通道风速风向仪.软件采用多平台分模块设计,利用多段拟合进行测量参数误差修正,将超声波传感器、干湿温度传感器、压力传感器、信号转换电路等集成在风速风向仪手持终端上,实现了风速、风向等待测环境参数的多通道快速精准测量与参数自主校准.通过在测试环境下与传统机械风表的对比测试,结果表明:平均测试误差仅为2.47%,测风效果与稳定性明显高于传统机械风表.     

超声波气体流量测量系统的实现

超声波气体流量计因为其具有许多优点,在工业上获得越来越广泛的应用。超声波气体流量测量需应用一种新的流量测量技术,因为超声气体流量计工作在噪声较强的场合,且信号微弱。超声波气体流量计信号不能用传统的方法检测,在此,数字平均技术及相关技术得到应用,数字平均技术可使信号得到加强,相关技术可使渡越时间测量更精确,流量测量精度可达±2%。     

低功耗超声波风向风速传感器设计

介绍了超声波时差法风速测量的基本原理,以及基于CPLD+MSP430低功耗测量风向风速传感器的实现方法.设计了超声波发射驱动和部分接收电路,分析计算了二阶有源巴特沃斯带通滤波器.提出了采用峰值包络检波识别超声波到达时刻,以及CPLD高速计数的方法,实现高精度测量方法,并且详细叙述了超声波测风的实现过程.实验结果验证系统具有精度高、功耗低等特点和推广应用价值.     

采用直接时差法的无线超声波风速风向仪设计

采用直接时差法,以TMS320F2812为控制单元控制超声波的发射与接收,实现了超声波风速风向仪的设计。该超声波风速风向仪利用模拟开关设计驱动电路,减少了电磁干扰对电路的影响;利用限幅、放大、正弦脉冲转换的方法设计接收电路,减少了A／D转换波动对信号捕获以及时间点判断的影响。