喷流耦合式位移传感器及其高精度测量装置的研究

摘要

该课题研究的是一种新型微位移传感器及其测量装置.它用超声波原理进行检测,以喷流的水柱作为超声波传播的介质.位移是超声波传播的速度与超声波从发到收传播的时间相乘的结果.考虑到声速会随介质-水的温度的升高而增大,设计时进行了实时温度补偿,提高了系统的精度.主机使用新型高性能、低功耗、RISC结构、内载FLASH的单片机Atmega161.在数据采集电路中采用了高速复杂可编程逻辑器件CPLD技术,芯片内设计有高速双端口RAM、控制采样时序逻辑及CPU接口、总线等电路,采样速率高达80MHz,采样深度1K字节,很好地解决了超声波微位移传感器软件算法对采样的要求,并可实现在线升级,大大提高了系统的整体性能.在该设计中提出了全新的回波基准点位置判据,实现了高精度时间测量.该文介绍了测量原理、传感器结构设计、硬件电路设计、软件功能设计以及自适应波形分析算法.

目录

文摘

英文文摘

1引言

1.1新世纪初的自动化仪表及传感器

1.2课题的提出和应用前景

1.2.1课题的提出

1.2.2课题的应用前景

1.3该领域的研究现状

1.4所研制传感器的特点和课题任务

1.4.1所研制传感器的特点

1.4.2课题任务

1.4.3 工作流程示意图

2喷流耦合式超声波位移传感器的设计

2.1超声波探头

2.1.1压电效应和压电材料

2.1.2压电方程和压电参量

2.1.3压电换能器的等效电路

2.1.4超声波的衰减

2.2喷流耦合式位移传感器的设计

3测量装置常见实现方案

4喷流耦合式超声波位移传感器测量系统设计

4.1测量系统结构

4.2测量系统硬件电路原理与设计

4.2.1测量系统工作原理

4.2.2超声波发射电路

4.2.3超声波信号处理电路

4.2.4单片机

4.2.5键盘电路

4.2.6显示电路

4.2.7通讯接口

4.2.8看门狗电路

4.2.9 CPLD电路

4.2.10其它功能电路设计

4.3测量系统软件设计

4.3.1单片机程序

4.3.2 CPLD程序

4.3.3测量系统工作时序图

5波形分析算法

6实验及仿真结果

7结束语

参考文献

致谢