基于超声波的泄漏检测仪设计

摘要

传统的超声波泄漏检测仪使用被动测量的方法进行检测，这类检测技术无法适用于非压力容器，如船舱、集装箱等。针对这一问题，本文设计了一款基于单片机的超声波泄漏检测仪，通过在容器内部安放超声波发射装置，在容器外部测量接收到的超声波信号，进行主动式测量，可以及时、准确的判断容器是否存在泄漏、泄漏位置以及泄漏量的大小。相对于传统的泄漏检测仪，本文设计的超声波泄漏检测仪具有适应性强、灵敏度高、使用灵活、人机交互界面友好等优点。
　　 本文的主要工作包括:
　　 分析了利用超声波检测非压力系统的工作原理，以大容量舱类容器如船舱盖板密封性能检测为应用背景，提出了超声波发射机的设计方案，讨论了利用波束合成的方法扩展发射机波束覆盖范围，为了降低发射机功耗，设置了三种工作模式:连续波发射模式、脉冲发射模式和空闲模式，通过红外遥控可以进行三种模式之间快速切换。
　　 给出了超声波接收机的架构设计，提出了强噪声环境下，大动态范围的弱信号检测方案，包括前端电路和信号处理两部分。为了更好的实现人机交互，选用LCD液晶屏HG12864作为显示终端，以串行通信方式将测量数据发送给LCD，根据实际应用需求设定了5个显示界面，键盘控制方便快捷。
　　 验证了超声波泄漏检测仪的功能，通过对发射机和接收机进行各项功能模块测试和系统联调完成系统测试工作，分析系统联调的测量数据并获得一个良好的结果。
　　 最后，对本文工作进行总结，并对下一步的工作做出合理预见。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 超声波检测的发展概况

1．2 本文主要工作及组织结构

2 超声波发射机设计

2．1 概述

2．2 原理框图

2．3 电源

2．4 发射电路

2．5 40KHz超声波信号产生

2．6 欠电压监测

2．7 遥控控制功能

2．8 程序设计

2．9 本章小结

3 超声波接收机设计

3．1 概述

3．1 接收模块原理图

3．2 放大电路

3．3 带通滤波电路

3．4 接收信号处理

3．4．1 A/D采样

3．4．2 FFT变换

3．4．3 计算信号幅值

3．4．4 增益控制

3．4．5 与显示控制模块通信

3．4．6 接收处理模块主程序设计

3．5 显示及控制模块

3．5．1 LCD显示

3．5．2 音频电路

3．5．3 键盘控制

3．5．4 红外遥控信号发射

3．5．5 欠电压监测

3．5．6 电子开关

3．6 本章小结

4 系统测试

4．1 发射机功能测试

4．2 接收机功能测试

4．2．1 信号处理板功能测试

4．2．2 LCD及其控制板功能测试

4．3 系统联调

4．4 本章小结

结束语

致谢

参考文献