超声波换能器驱动及前端接收电路研究

摘要

超声检测是应用较为广泛的一种技术，在流体测量、医学检测中，都有着独特的优势，对于流体测量，超声波有着不会破坏流体的流场，没有压力损失，不与流体直接接触等优点。目前，超声波多普勒技术已经成为流量检测的一种重要手段，但应用于两相流测量中时，仍涉及到多方面的技术问题，本课主要从以下几个方面进行研究: 在理论方面，论述了多普勒原理以及利用多普勒原理进行流量测量的多普勒流量计的原理，分析了在使用多普勒流量计中，温度、衰减等因素影响，在此基础上，研究超声波多普勒换能器的材料特性和性能指标，设计换能器结构，制作适用于多普勒流量计系统的超声波换能器。 在硬件电路设计方面，这其中包括根据换能器的性能参数，设计匹配的驱动电路，添加测量超声波换能器工作环境温度的硬件电路，对测量结果进行温度补偿，设计具有自动增益控制的超声波接收电路，为后续数据采集电路提供良好的信号。通过这些方法，进一步提高超声波流量计的实用性、稳定性以及测量精度等方面。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景及意义

1．3 国内外现状以及发展趋势

1．4 本文的主要研究内容及结构

第二章 超声波流量计测量原理及测量精度研究

2．1 多普勒效应原理

2．1．1 声源静止，观察者相对运动

2．1．2 观察者静止，声源相对运动

2．2 超声波多普勒流量计测量原理

2．3 流体温度的影响及修正

2．4 超声波的衰减

2．5 超声波的传播

2．5．1 超声波的分类

2．5．2 超声波的传播速度和声阻抗

2．5．3 超声波的垂直入射

2．5．4 超声波的斜入射

2．6 本章小结

第三章 超声波换能器的研究

3．1 压电式换能器

3．2 压电振子

3．2．1 压电方程

3．2．2 压电振子边界条件

3．2．3 压电振子振动模式

3．3 压电晶体

3．3．1 压电材料

3．3．2 压电材料性能

3．4 压电换能器的设计

3．4．1 压电换能器结构

3．4．2 压电晶片参数选择

3．4．3 透声楔块设计

3．5 压电超声波换能器电学匹配

3．6 本章小结

第四章 超声波多普勒流量计模块电路

4．1 超声波换能器驱动电路

4．2 超声波换能器采样匹配电路

4．2．1 采样电路设计

4．2．2 信号放大电路

4．2．3 相位差检测电路

4．2．4 相位位置检测电路

4．3 自动增益放大电路

4．4 温度测量部分

4．5 本章小结

第五章 实验和结果

5．1 换能器测试

5．2 采样电路测试

5．3 自动增益电路实验

5．4 本章小结

总结

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文