【正文】 … … … … … … … …… …… 17 4 超 聲 檢 測 的 軟 件 設(shè)計 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 24 5 電 路 的 調(diào) 試 過程 ………………………………………………………… 25 6 結(jié)論 ………………………………………… ……………………… 26 謝辭 ??????????????????????????? 2 7 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????? 28 附錄 ???????????????????????????? 29 引言 傳統(tǒng)的泄漏檢測方法是將待測物品充入水或其它介質(zhì)，通過觀察，測量在特定時間內(nèi)充入介質(zhì)的減少量 (如通過檢測液面的降低等 )來實現(xiàn)的，這是一種直接的測量方式。 Acoustic pressure level。 The digital circuit by auxiliary equipment and so on the monolithic integrated circuit and LCD, keyboard is posed. In to the ultrasonic wave signal processing process in, the signal after enlarges after the filter, a group gives monolithic integrated circuit processing, and on display monitor read signal intensity and speed of flow。在對超聲波信號的處理的過程中，信號經(jīng)過放大濾波以后，一路交給單片機(jī)處理，并在顯示屏上讀出信號的強(qiáng)度與流速；另 一路通過降頻轉(zhuǎn)化為可聽聲，從而實現(xiàn)檢測的目的。 在 通過 對超聲波性質(zhì)的研究中，我們發(fā)現(xiàn)超聲波是一種高頻短波，并且它在空氣中傳播具有很強(qiáng)的方向性。該系統(tǒng)利用技術(shù)對泄漏所產(chǎn)生的超聲波信號進(jìn)行分析處理和聲壓級計算 ,從 而實現(xiàn)對泄漏的檢測及泄漏量的估算 。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(chǎn)生超聲波的原理的基 礎(chǔ) 上 ,闡述了該檢測系統(tǒng)的原理及設(shè)計方案。氣體泄漏超聲檢測系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 隨著工業(yè)的發(fā)展，各種氣體包括易燃易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都得到增加，傳統(tǒng)的氣體泄漏檢測方法，如壓差法、氣泡法等，有其局限性，不僅操作復(fù)雜，對技術(shù)人員要求較高，而且不具有實時性。迫切需要各種方法簡單，準(zhǔn)確性可靠的檢測方法。該系統(tǒng)能對各種壓力容器的孔隙泄漏所產(chǎn)生的微弱超聲信號進(jìn)行精確檢測。通過超聲波檢測，正確地判斷和定位產(chǎn)生泄漏位置，對于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，確保安全具有重大意義?；诖颂匦?，我設(shè)計了一套超聲波檢測電路，該電路包括了模擬電路與數(shù)字電路，其中模擬電路包含了信號放大電路和音頻處理電路；數(shù)字電路由單片機(jī)和 LCD、鍵盤等外圍設(shè)備組成。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ； 聲壓級 ； 本底噪聲 ； 泄漏超聲波 Abstract Along with the industry development, each kind of gas including is flammable explosive, the virulent gas type and the application scope all obtains the increase, the traditional gas divulges the examination method, like presses the method of difference, Air bubble method and so on, has its limitation, not only operates plex, requests to the technical personnel high, moreover does not have timeliness. Urgent need each method is simple, accurate reliable examination method. This article introduced one kind of gas divulges the supersonic examination system, divulges in the analysis eyelet gas has in the ultrasonic wave principle foundation, elaborated this examination system principle and the design proposal. This system can divulge the weak supersonic signal to each kind of pressure vessel hole which produces to carry on the precise examination. This system to divulges the ultrasonic wave signal using the technology which produces to carry on analysis processing and the acoustic pressure level putation, thus realizes to the examination which divulges and divulges quantity estimate. Through the ultrasonic wave examination, correctly the judgement and the localization produces divulges the position, regarding enhances the enterprise the production efficiency, saves the energy, guarantees safely has the great significance. In through to the supersonic wave archery target research in, we discovered the ultrasonic wave is one kind of high frequency short wave, and it disseminates in the air has the very strong directivity. Based on this characteristic, I have designed a set of ultrasonic waves examinations electric circuit, this electric circuit has included the analogous circuit and the digital circuit, analogous circuit has contained the signal enlargement electric circuit and the audio frequency processing electric circuit。 Another group through falls the frequency to transform for may listen to the sound, thus realization examination goal. Keywords： Monolithic integrated circuit。 Background noise。基于這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(zhì) (通常為壓縮空氣 )，而后置水中觀察， 以被測物品周圍是否產(chǎn)生氣泡作為是否泄漏的標(biāo)準(zhǔn)。判別一個測量物品漏或者不漏需要一個更為準(zhǔn)確的、數(shù)量上的標(biāo)準(zhǔn)，特別是對一些需測量微小泄漏的場合。在采用泄漏檢查儀的基礎(chǔ)上，再輔以上、下料機(jī)構(gòu)、自動密封裝置及電氣控制、液壓、氣動系統(tǒng)等等即可組成一個可用于加工生產(chǎn)線上的泄漏檢查設(shè)備 —— 試漏機(jī)。 本課題主要 設(shè)計一種氣體泄漏檢測系統(tǒng) 。測量過程如下： 圖 11 絕對壓力法測量原 理 充氣：充氣閥開啟，向待測件內(nèi)充入規(guī)定壓力的氣體； 穩(wěn)定：充氣閥關(guān)閉，經(jīng)過一定時間后使得充入氣體達(dá)到一個測量所必須的穩(wěn)定狀態(tài)。 典型的測量壓力 時間之間關(guān)系如圖 12所示。壓差法測量過程與絕對壓力法相似，與絕對壓力法不同之處在于壓差法采用一個參考件加入測量系統(tǒng)中，用壓差傳感器記錄測量階段測 量件與參考件之間的壓力變化值 ΔP 。 方案三 超聲波檢測法 超聲波檢測 原理 是 利用超聲波勻速傳播且可以在金屬表面發(fā)生部分反射的特性， 來進(jìn)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，射到管壁上。由于不同部位處反射到探頭上的距離不同，因而超聲波返回的時間也不同。這樣，既可按照時間差顯示出的波形，根據(jù)標(biāo)定，測量出管壁厚度或缺陷以及腐蝕尺寸等。目前 ,工業(yè)上廣泛利用泄漏產(chǎn)生超聲波的原理來進(jìn)行泄漏檢測。基于此 ,本文研究并設(shè)計了一種超聲波氣體泄漏檢測系統(tǒng)。當(dāng)漏孔尺寸較小且雷諾數(shù)較高時 ,沖出氣體就會形成湍流 ,湍流在漏孔附近會產(chǎn)生一定頻率的聲波 ,如圖 21所示。超聲波是高頻短波信號 ,其強(qiáng)度隨著離開聲源 (漏孔 )距離的增加而迅速衰減。 圖 21 氣體泄漏產(chǎn)生超聲波 聲壓與泄漏量的關(guān)系 泄漏超聲本質(zhì)上是湍流和沖擊噪聲。著名學(xué)者馬大猷教授推出如下公式 [1]: 40220 0 0()8 0 2 0 l o g 1 0 l o g ( 0 . 5 )D P PL D P P P?? ? ? ? 0 20dB Pa?? （ ） 式中 ,L 為垂直方向距離噴口 1m 處的聲壓級 (單位 :dB)。D0＝ 1mm。P為泄漏孔駐壓。 泄漏產(chǎn)生的超聲波頻帶比較寬 ,一般在 20kHz 到100kHz 之間。實際上 ,它的頻譜峰值也是隨泄漏孔的尺寸和壓力的變化而變化的。如果孔徑不變 ,加大系統(tǒng)內(nèi)外壓差 ,頻譜峰值可能出 現(xiàn)在 43kHz點。另外 ,如果泄漏量恒定 ,即泄漏面積一定 ,則泄漏孔的形狀越接近于圓形 ,聲壓越高。 圖 22 聲壓級與雷諾數(shù)的關(guān)系 e pVDR ?? （ ） 式中 ,ρ 為氣體密度 。V 為流速 。 由圖 22 可知 ,如果能檢測出 泄漏 孔附近在某一個頻率點的聲強(qiáng) ,則可以推算出該泄漏孔的雷諾數(shù)。但是對于不同的泄漏孔 ,并不知道它的力學(xué)平均直徑 ,因此光知道雷諾數(shù)還不能求出泄漏量。而對于工業(yè)容器 ,由于小孔泄漏的泄漏量非常微弱 ,容器當(dāng)中的壓 力變化非常緩慢 ,所以可以認(rèn)為在一段時期內(nèi)是恒定值。p 為管內(nèi)壓力 。T1 為絕對溫度 。R 為氣體常數(shù) 。 當(dāng)雷諾數(shù)、氣體流速知道以后 ,就可以反求出該泄漏孔力學(xué)平均直徑 D,即可得出泄漏量。 3 超聲檢測電路設(shè)計原理與各單元電路的概述 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(qiáng)度是極其微弱的 ,而且在工業(yè)場合 ,環(huán)境噪聲是 相當(dāng)大的。在本系統(tǒng)中只檢測 40kHz 點的 泄漏超聲波 的強(qiáng)度 ,原因是通過實驗得出 ,在 40kHz 點的泄漏超聲波能量都是比較大的 ,而且泄漏聲和 本底噪聲 能量差值也最大 (如圖 31所示 )。 圖 31 本底噪聲與泄漏聲聲壓圖 系統(tǒng)原理如圖 32 所示。信號放大電路由前置放大電路、帶通濾波電路和二次放大電路組成。數(shù)字部分主要由 單 片機(jī) 和 LCD、 RAM、鍵盤等外圍設(shè)備組成。下面分別介紹 各部分原理 圖 32 系統(tǒng)原理圖 放 大 電 路 超聲 探頭 前 置 放 大 帶 通 濾 波 精 密 檢 波 A / D 電 路 LCD 鍵盤 單片機(jī) 穩(wěn)壓電源 放 大電 路混頻器 本 振 電 路 功 率 驅(qū) 動 耳 機(jī) 各單元電路的介紹 超聲探頭的原理 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。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既 可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，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。構(gòu)成晶片的材料可以有