基于單片機的氣體泄漏超聲波檢測系統(tǒng)的設計

B§1.2PCB發(fā)展前景..................................................錯誤!未定義書簽?！?.3PCB的設計....................................................錯誤!未定義書簽?！?.1PCB制作的準備................................................錯誤!未定義書簽?！?.2PCB流程制作..................................................錯誤!未定義書簽?！?.1內層線路板壓合................................................錯誤!未定義書簽?！?.3內層線路板鍍銅................................................錯誤!未定義書簽?！?.4外層線路板成型................................................錯誤!未定義書簽?！?.1防焊..........................................................錯誤!未定義書簽?！?.2文字.........................................................錯誤!未定義書簽?！?.3加工..........................................................錯誤!未定義書簽?！?.4成型..........................................................錯誤!未定義書簽?！?.1工藝審查和準備................................................錯誤!未定義書簽?！?.2基材的準備....................................................錯誤!未定義書簽?！?.3數(shù)控鉆孔......................................................錯誤!未定義書簽。1/32摘要法等，有其局限性，不僅操作復雜，對技術人，準確性可靠的檢測方法。本文介紹了一種氣體泄漏超聲檢測系統(tǒng),在分析小孔氣體泄漏產生超聲波的原理的基礎上,闡述了該檢測系統(tǒng)的原理及設計方案。該系統(tǒng)能對各種壓力容器的孔隙泄漏所產生的微弱超聲信號進行精確檢測。該系統(tǒng)利用技術對泄漏所產生的超聲波信號進行分析處理和聲壓級泄漏位置，對于提高企業(yè)的生產效率，節(jié)約能源，確保安全具有重大意義。電了信號放大電路和音頻處理電路；數(shù)字電路由單片機和LCD經(jīng)過放大濾波以后，2/32第一章引言的泄漏檢測方法是將待測物品充入水或其它介質，通過觀察，測量在特定時間內實現(xiàn)的，這是一種直接的測量方式?；谶@種方法又派生出另一種方法，即將待測物品充入一定壓力的氣體介質(通常為壓縮空氣)，而后置水中觀察，以被測物品周圍是否產生氣泡作為是否泄漏的標準。不漏”或“無泄漏”只是一個數(shù)量上問題提供了一個較好的解決辦法，它使得泄漏檢測過程更加成一個可用于加工生產線上的泄漏檢查設泄漏在線檢測成為可能，采用這種裝置可。1方案一3/321.1.2方案二。屬表面發(fā)生部分反射的特性，來進行管道探傷檢測，它通過電子裝置，發(fā)送出超聲波的高頻(大于20KHz)脈沖，射到管壁。差乘以超聲波傳播的速度，得出管根據(jù)標定，測量出管壁厚度或缺陷由于傳統(tǒng)的泄漏檢測方法如絕對壓力法、壓差法、氣泡法等,操作復雜并且對技術人檢測。利用超聲波檢測氣體泄漏位置,不僅方法簡單,而且準確可靠?；诖?本文研究并設計了一種超聲波氣體泄漏檢測系統(tǒng)。4/32第二章氣體泄漏檢測的設計原理如果一個容器內充滿氣體,當其內部壓強大于外部壓強時,由于內外壓差較大,一旦容寸較小且雷諾數(shù)較高時,沖出氣體就會形成湍流,波頻率大于20kHz時,人耳就聽不到了,但它們能在空氣中傳播,被稱作空載超聲波。超聲波是高頻短波信號,其強度隨著離開聲源(漏孔)距離的增加而迅速衰減。因此,超聲波被認為是一種方向性很強的信號,用此信號判斷量的關系的聲壓級L。著名學者馬大猷教授推出如下公式[1]:L=80+20logD+10log(P一P)40DP2(P一0.5P)2000 (2.1)式由此可知,在與泄漏孔的距離一定時,泄漏超聲的聲壓級是隨泄漏孔尺寸和系統(tǒng)壓力36kHz點;如果孔徑不變,加大系統(tǒng)內外壓差,頻,即泄漏面積一定,則泄漏孔的形狀越接近于圓形,聲壓越高。當泄漏孔的雷諾數(shù)用式(2)表示時,在40kHz點聲壓與雷諾5/32pVDe 所以這時雷諾數(shù)與氣體泄漏力學平均直徑,因此光知道雷諾數(shù)還不能求出泄漏量。在工業(yè)上,對于管道氣體,由于有源源不斷的氣體補給,管道里面的氣壓量非常微弱,容器當中的壓力變化非常緩慢,所以可以認為在一段時期內是恒定值。當系統(tǒng)內外壓力一定時，對于不同的泄漏孔，它的泄漏流速都是一定的，可以用公式(2.3)來表示:1(2.3)為絕對溫度;σ＝PP0/P;R為氣體常數(shù);K=,對于空氣,k=1.4,則K=2.646。當雷諾數(shù)、氣體流速知道以后,就可以反求出該泄漏孔力學平均直徑D,即可得出泄漏一個頻率點的強以估算出氣體泄漏量。第三章超聲檢測電路設計原理與各單元電路的概述3.1電路系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)過程小孔氣體泄漏所發(fā)出的超聲波強度是極其微弱的,而且在工業(yè)場合,環(huán)境噪聲是相當大的。所以要檢測出在惡劣環(huán)境下的氣體泄漏所發(fā)出的超聲,必須對系統(tǒng)信號放大部分進行精心的設計。在本系統(tǒng)中只檢測40kHz點的泄漏超聲波的強度,原因是通過實驗得出,在z部分包括信號放大電路和濾波電路和二次放大電路組成。音波以后,一路交由單片機處理,另一路通過降紹各部分原理LCD鍵盤放放大超聲探頭帶通濾波前置放大單片機檢波穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源7/323.2各單元電路的介紹.2.1單元電路的初級階段超聲探頭也稱為超聲波傳感器，超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波)、蘭姆波探頭(蘭姆波)、雙探頭(一個探頭反射、一個探頭接收)等。的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。(2)工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用(3)靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏8/32(1)二階有源RC帶通濾波器的幅頻特性AA=1+F=4，(利用這一點可以判斷運算放大器工作是否正常)。采用復頻域分析，R19/32PPKoo==H(jo)1)PooPRCRCKoo=1，品質因數(shù)Q=Q=1。0PRCP2(1)jo++–2由上式可見：PRC00 (3.4)10/32與無源情況相比，由于品質因數(shù)提高，通頻帶寬度B=0=減小，濾波器的選擇性改善；03.2.2單元電路的發(fā)展階段，所以檢波器的特性也受溫度影的缺陷，得到與理想二極管接近UseUsr<0);Usc=-Usr(Usr>0)。線性關系。它的死區(qū)電壓非常小，等于二極管的圖3-7精密檢波電路 11/3212/32另外引腳"A"和"K"為背光引腳,"A"接正,"K"接負便會點亮背光燈.，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個HS上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效13/32效。要顯示字符時要先輸入顯示字{{}whilei0);}/**********************************/14/32}{}/************************************/{LAYENABLEX;ENABLEX;ENABLEXcENABLEX;ENABLEX}/*lcd初始化設置*/原理與應用許多的教就我對單片機鍵盤接口的了解和，并附加相應鍵盤的匯編子程序15/32方法，對各鍵盤接口的方法的 O按到按下的臨界區(qū)產生的電平不穩(wěn)實現(xiàn)的難度較大又會提高了去抖動不是去掉抖動，而是避開抖動部分的時間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。有低電平出現(xiàn)圖3-10鍵盤接口電路16/32，這使用中應加以注意。具有這種功能的電路稱為變頻器(或混頻器)。的振蕩頻率隨著時間變17/32環(huán)增益為A=1+F=2,(利用這一點可以判斷運算放大器工作是否正常)。采用復頻域分R1H(S)UoH(S)Uo(S)=RCUiSSSRCRC(3.5)根據(jù)二階基本節(jié)低通濾波器電壓轉移函數(shù)的典型表達式：)SHSRCS2+()S+((3.6)可1得增益常數(shù)K=2，極點頻率=，極偶品質因數(shù)Q=1。PRCP2KH(j)=2K1一R2C22+jRC21P一j2QPP H(j)=K=()QPPP(3.8)118/32當==1時，H(j)=QK=2PRCPP與無源情況相比，由于Q增大，隨著頻率增加幅值函數(shù)減小較慢；此外，還能提供增P3.2.3單元電路的完善階段LM386是美國國家半導體公司生產的音頻功率放大器，主要應用于低電壓消費類產19/32成分濾整流后的直流電壓進一橋式整流電路(1)工作原理橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，如圖3-17(a)所示。為開關運用，具有單向導電性。根(a)的電路圖可知：，二極管D、D導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。13，二極管D、D導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。24方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖3-17(b)。根據(jù)圖3-17(b)可知，輸出電壓是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等(3.9)20/32((3.10)((3.11)((3.12)(a)橋式整流電路(b)波形圖可將脈動電壓做傅里葉分析，此(3.13)(3.13)(3.14)(3)橋式整流電路的負載特性曲線21/32系((3.15)濾波電路(1)濾波的基本概念容濾波電路如圖3-19所示，在負載22/32L電容濾波電路的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細的曲線一種是用鋸齒波近一種是用鋸齒波近似表示，即23/32LL的條件下，近似認為V=1.2V。O2OOooLoo。(3.16)用穩(wěn)壓電路的技術指標去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。V和I引起的V可用下式IOO24/32((3.17)(3.18)(2)電壓調整率S(3.19)(3)輸出電阻R(3.20)(4)電流調整率SI(3.21) (5)紋波抑制比SripS定義為輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的分貝數(shù)。rip((3.22)(6)輸出電壓的溫度系數(shù)S(3.23)。(3.24)25/3226/32第四章超聲檢測的軟件設計因為系統(tǒng)要完成測量泄漏超聲的聲壓級、估算泄漏量以及完成顯示功能,所以系統(tǒng)軟便于攜帶和具有很好的人機交互界面等特點。該系統(tǒng)還利用單片機等技術實現(xiàn)了對泄漏量件的具體設計(2)鍵盤掃描子程序。所示。為保證鍵識別的準確，必(3)A/D采樣子程序(4)FIR濾波子程序設計平均值濾波實值的采樣值剔除，不參加平均值NRAMN邊采樣，一邊處理，而不必(5)FFT變換子程序在進行FFT變換子程序的設計時，因為基四算法比基二算法快，并且頻率抽取算法比時間抽取算法能更好的發(fā)揮單片機并行運算能力，所以采有基四頻率抽取算法(6)聲強計算及泄漏量估算子程序7)顯示子程序設計開開始單片機系統(tǒng)初始化濾波器系數(shù)初始化鍵盤掃描子程序聲強計算及泄漏量估算子程序顯示子