气体泄漏超声检测系统的设计.doc

目 录 1 绪论 1 2 设计方法 1 3 气体泄漏检测的设计原理 1 3.1 气体泄漏产生超声波 2 3.2 声压与泄漏量的关系 2 4 超声检测电路设计原理与各单元电路的概述 3 4.1 电路系统的硬件实现过程 4 4.2 各单元电路的介绍 4 4.2.1 超声探头的原理 4 4.2.2 前置放大电路 5 4.2.3 带通滤波器 6 4.2.4 精密检波电路 7 4.2.5 A/D转换电路 9 4.2.6 单片机与键盘、LCD的连接电路的设计 9 4.2.7 本振电路 14 4.2.8 混频电路 15 4.2.9 低通滤波 15 4.2.10 音频功放电路 17 4.2.11 整流滤波电路与稳压电路 17 5 超声检测的软件设计 23 6 结束语 24 致谢 25 参考文献 26 附录 总电路图 27 1 绪论 传统的泄漏检测方法是将待测物品充入水或其它介质，通过观察，测量在特定时间内充入介质的减少量(如通过检测液面的降低等)来实现的，这是一种直接的测量方式。基于这种方法又派生出另一种方法，即将待测物品充入一定压力的气体介质(通常为压缩空气)，而后置水中观察，以被测物品周围是否产生气泡作为是否泄漏的标准。 随着技术的进步及检测方法的改善，所谓“绝对不漏”或“无泄漏”只是一个数量上的概念，这一观念，已被人们所接受。判别一个测量物品漏或者不漏需要一个更为准确的、数量上的标准，特别是对一些需测量微小泄漏的场合。 泄漏检查仪的出现为以上问题提供了一个较好的解决办法，它使得泄漏检测过程更加便捷，测量结果也更为可靠。在采用泄漏检查仪的基础上，再辅以上、下料机构、自动密封装置及电气控制、液压、气动系统等等即可组成一个可用于加工生产线上的泄漏检查设备——试漏机。试漏检查仪的出现使得零部件的泄漏在线检测成为可能，采用这种装置可满足批量生产中对零部件泄漏情况检测的要求，大幅提高产品的品质质量。 本课题主要设计一种气体泄漏检测系统。 2 设计方法 3 气体泄漏检测的设计原理 3.1 气体泄漏产生超声波 20kHz时,人耳就听不到了,但它们能在空气中传播,被称作空载超声波。超声波是高频短波信号,其强度随着离开声源(漏孔)距离的增加而迅速衰减。因此,超声波被认为是一种方向性很强的信号,用此信号判断泄漏位置相当简单。 ????? ??????????????????????????????????????????????????? 图1 气体泄漏产生超声波 3.2 声压与泄漏量的关系 泄漏超声本质上是湍流和冲击噪声。泄漏驻点压力P与泄漏孔口直径D决定了湍流声的声压级L。著名学者马大猷教授推出如下公式[1]: 　　 （2.1）L为垂直方向距离喷口1m处的声压级(单位:dB);D为喷口直径(单位:mm);D0＝1mmP0为环境大气绝对压力;P为泄漏孔驻压。 由此可知, 在与泄漏孔的距离一定时,泄漏超声的声压级是随泄漏孔尺寸和系统压力的变化而变化的。泄漏产生的超声波频带比较宽,一般在20kHz到100kHz之间。在不同的频率点,超声波的能量是不同的。实际上,它的频谱峰值也是随泄漏孔的尺寸和压力的变化而变化的。比如:在一定的泄漏孔径和压力下,如果泄露超声波的频谱峰值是在38kHz点,那么加大孔径以后它的频谱峰值可能出现在36kHz点;如果孔径不变,加大系统内外压差,频谱峰值可能出现在43kHz点。但是在同一频率点,对于形状相同的泄漏孔,泄漏所产生的超声波的声强随泄漏量的增大而增大。另外,如果泄漏量恒定,即泄漏面积一定,则泄漏孔的形状越接近于圆形,声压越高。当泄漏孔的雷诺数用式(2)表示时,在40kHz点声压与雷诺数之间的关系如图2所示。 式中,ρ为气体密度;μ为粘度;V为流速;D为力学平均直径。 图2 声压级与雷诺数的关系 （2.2） 由图2可知,如果能检测出泄露孔附近在某一个频率点的声强,则可以推算出该泄漏孔的雷诺数。对于该泄漏孔,由于它的力学平均直径是确定的,所以这时雷诺数与气体泄漏量成正比关系。但是对于不同的泄漏孔,并不知道它的力学平均直径,因此光知道雷诺数还不能求出泄漏量。在工业上,对于管道气体,由于有源源不断的气体补给,管道里面的气压一般都是恒定值。而对于工业容器,由于小孔泄漏的泄漏量非常微弱,容器当中的压力变化非常缓慢,所以可以认为在一段时期内是恒定值。当系统内外压力一定时，对于不同的泄漏孔，它的泄漏流速都是一定的，可以用公式（2.3） （2.3） 式中,V