基于超声波的液体浓度测量系统研究

论文摘要

当前传统工业方式向着智能化方向发展,液体浓度的高精度测量在生产加工中受到越来越多的关注。本文研究的成果能够为工业领域的实时在线浓度测量提供完整方案,为超声波应用于工业测量方面提供有力的理论指导和技术支撑,同时为当前工业4.0提供物理层的检测技术,为实时进行液体环境下的浓度测量及工业现场智能化仪器的研制等提供理论基础。本文的开展基于超声波的高精度浓度测量研究,分析声速测量误差形成,探究数字信号处理方法,通过改进声速测量算法实现高精度声速值测量,从而为超声波液体浓度测量提供可靠的声速数据。在浓度建模过程中,从声速-温度-浓度相关性的角度出发,探究多参数拟合方法,提高浓度测量模型的拟合优度,实现浓度的高精度测量,本文具体的工作内容安排如下:1、根据声速及浓度数据测量的需求设计了超声波声速测量装置及超声波浓度测量装置。声速测量装置能够实现局域网络的数据传输,为在线数据采集提供了很好的应用方案。此装置能够实时显示超声波传输过程中的波形,并且实现信号采集数据的实时存储。2、基于超声波的测量系统利用FPGA+C8051单片机实现双路超声波信号的实时采集,超声波换能器实现超声波在待测液体中的传播,通过滤波处理、A/D转换处理、DPRAM数据存储处理、EMIF数据传输处理等完成整个系统工作流程,为后续声速测量算法及浓度测量算法的验证提供硬件平台。3、基于超声波的声速测量算法研究:在传统声速测量方案的基础上,利用时域互相关法以及频域相位差法来实现液体声速值的测量。在硬件电路测量误差的基准上进一步对声速测量进行精度补偿,从而为后续浓度的测量提供高精度的声速数据,通过时域相关法测出整周期飞行时间,利用FFT求出信号的相位差,通过时频域相互反馈机制来提高超声波系统声速测量的稳定性和可靠性。4、基于超声波的液体浓度测量算法研究:超声波液体浓度测量的关键在于标定数据的可靠性以及数据量的大小,在现有的装置以及测量平台上,利用曲面拟合的算法实现温度-声速-浓度之间相关性的建模分析,通过数据预处理、数据插值处理、模型拟合、及模型选择等方面实现浓度测量模型的构建,最终利用构建的模型提取其权重系数,用于液体浓度的实时在线测量。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴黎杰

导师: 蒋志迪

关键词: 相位差法,互相关法,浓度测量,数据融合,温度补偿,三次样条插值

来源: 宁波大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,有机化工,工业通用技术及设备,计算机硬件技术

单位: 宁波大学

分类号: TB559;TP368.1;TQ05

DOI: 10.27256/d.cnki.gnbou.2019.000357

总页数: 65

文件大小: 3136K

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