超声流量计换能器测试和收发电路设计

摘要

随着科学技术和社会经济的发展，超声检测在工业、农业、医学等多个领域都起着重要的作用。超声流量计属于非接触式仪器，安装使用方便，几乎不受管道尺寸和流体压力影响，具有广泛的应用前景。
　　超声流量计的设计涉及换能器、电路、软件、算法等多个方面。超声流量计的设计以有效的超声信号为基础，超声信号的高效收发是设计的前提基础，超声换能器和收发电路决定了超声信号的高效收发。本文针对超声流量计中的超声换能器与收发电路进行了研究，主要完成了以下几个方面的工作：
　　⑴通过Multisim仿真选取拟合频率范围方面，以超声换能器的等效电路为模型，采用点频法测得超声换能器在不同频率下的电压信号和电流信号，利用MATLAB求出超声换能器的电导特性曲线、电纳特性曲线和导纳圆。然后多次选取不同频率范围内的电导和电纳，拟合超声换能器的导纳圆，并根据导纳圆求得超声换能器的等效电路参数，并将测得的等效电路参数和仿真模型进行对比分析，得出拟合导纳圆的最佳频率范围。
　　⑵超声换能器等效电路参数测试方面，采用以上方法测得超声换能器的特性曲线，选取拟合导纳圆的最佳频率范围内的超声换能器的电导和电纳，运用最小二乘法进行曲线拟合，得到超声换能器的导纳圆，然后利用导纳圆图和电导电纳曲线计算出超声换能器的等效电路参数。
　　⑶驱动电路设计方面，超声换能器驱动电路采用运算放大器和推挽射极跟随器组成的功率放大电路。驱动级采用运放和共射极放大电路组成的两级电压放大，获得更高的电压；输出级采用推挽型射极跟随器，减小输出阻抗，提高了放大电路的效率；针对功率管发热现象，除了采用散热片散热的方式，还采用了并联输出功率管的方式，使电流分散，减小功率管发热问题。
　　⑷接收电路设计方面，超声换能器的接收放大电路采用高速精密运算放大器组成的两级放大，将换能器接收到的微弱信号放大到5V。滤波电路采用中心频率可调的带通滤波器，获得信噪比更高的信号。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究的背景和意义

1.3 国内外研究状况和发展趋势

1.4 本文主要工作内容和结构安排

2 超声流量计的测量原理

2.1 超声波简介

2.2 超声流量计的测量原理

2.3 影响超声流量计测量精度的因素

2.4 本章小结

3 压电换能器测试方法的研究

3.1 压电换能器的基本原理及性能参数

3.2 压电换能器的导纳特性

3.3 压电换能器导纳圆的Multisim仿真测试

3.4 压电换能器的谐振等效电路

3.5 本章小结

4 超声流量计的收发电路设计

4.1 超声流量计收发电路设计总体方案

4.2 驱动激励电路设计

4.3 信号接收放大电路研究

4.4 本章小结

5 实验和结果分析

5.1 压电换能器的等效电路参数测试

5.2 收发电路测试

6 总结和展望

参考文献

致谢