超声波液体浓度计的研制

摘要

随着科学技术的快速发展，浓度测量的应用范围越来越广泛，由开始的人工对成品或者半成品的测量来指导生产，逐步走向要求在线的连续自动分析和自动控制。这对提高产品的产量和质量、降低成本、降低劳动强度、防止发生事故都有重大意义。本实验室和上海远大过氧化物有限公司合作，研制便携式双氧水超声波浓度计。采用的是利用声速与浓度关系的声学法。用超声波测量液体浓度是超声应用的一个重要方面。它的基本原理是利用每种物质在一定的温度、压力下，都有自己固有的声速，当成分发生变化时，一般声速也会发生变化。我们就用这种固有的关系通过测定温度(实际应用中压力的变化很小，而且影响不大，就不再测量修正了)和声速来分析成分。总的过程是先在实验室测量浓度、温度以及声速的关系，若他们的关系有唯一性，即一个温度和声速对应一个浓度，那么我们就可以将这种关系储存在单片机里，在现场测量液体的温度、声速，再用唯一性的关系算出浓度。一般换能器的声程是不变的，一个声速对应一个声时，而且声时是直接测得的量，不用将声时转换成声速，测量16个样品溶液得到的声时、温度，然后用最小二乘法拟合出曲线，并且将拟合系数储存在单片机里，对于待测溶液，测量一个温度下的声时，在建立的16根曲线间进行线性插值算出待测的液体溶液的浓度。最后在论文中运用神经网络理论在理论上探讨了，如果浓度、声时和温度的关系较为复杂时候，能否用神经网络的思想提高分析的精度。论文的主要内容如下：(1)介绍超声波液体浓度计的测量原理，这是以后章节研究工作的基础。(2)通过理论和实验分析仪器的精度。(3)测量双氧水浓度-温度-声时关系，用最小二乘法处理数据。(4)建立局部的模型网络，用神经网络法处理数据，简要地探讨神经网络在浓度测量上应用可能性。(5)在论文中还对在整个便携式超声波双氧水溶液浓度计设计过程中出现的问题进行剖析。对影响测量精度的其他因素逐一分析和提出解决方案。关键词：超声波液体浓度计， 便携式，声时，最小二乘法， 神经网络，精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1液体浓度测量现状概述

1.2超声波液体浓度测量方法及优越性

1.2.1超声波液体浓度测量的应用实例

1.2.2超声波液体浓度测量的概况

1.2.3超声波液体浓度测量的优越性

1.3本文的主要内容

第2章超声波液体浓度测量的理论基础

2.1超声波液体溶液浓度测量的基本原理

2.2声时测量方法

第3章：两种数据处理方法的理论基础

3.1基于插值的测量方法和精度分析

3.1.1插值测量方法

3.1.2偶然误差分析

3.1.3系统误差分析

3.2神经网络在信号和数据处理中的应用基础

3.2.1生物神经元构成

3.2.2人工神经元

3.2.3人工神经网络的训练

3.2.4神经网络模型

3.2.5 BP网络的应用

第4章便携式双氧水浓度计的设计

4.1便携式双氧水浓度计的电路设计

4.2声时的测量

4.2.1脉冲回波计时法测量声时原理

4.2.2“随机多次测量声时后平均”方法及测时精度分析

4.3压电超声换能器

4.3.1压电超声换能器的工作原理

第5章 双氧水浓度测量实验和数据分析

5.1仪器精确度的分析实验

5.1.1温度的校正

5.1.2纯水的实验

5.1.3声延时的测量和误差分析

5.2双氧水的实验和数据处理

5.2.1双氧水数据用插值法处理

5.2.2双氧水数据用神经网络方法处理

第6章：总结和展望

参考文献

致谢