非浸入式超声导波液位测量方法研究-仪器仪表学报.pdfVIP

第３８卷　第５期 仪 器 仪 表 学 报 Ｖｏｌ３８Ｎｏ５ ２０１７年５月 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｍａｙ．２０１７ 非浸入式超声导波液位测量方法研究 徐　鸿，郭　鹏，田振华，邓　博，张凯利 （华北电力大学能源动力与机械工程学院　北京　１０２２０６） 摘　要：从Ｎａｖｉｅｒ运动方程出发，求解了自由平板和覆水平板中导波的特征方程，并绘制了其频散曲线。自由平板和覆水平板 频散特性对比分析后，发现了覆水平板中导波模态较自由平板多了一种ＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅ模态导波。通过数值计算、有限元模拟和 实验研究，分别对自由平板和覆水平板中导波的传播特性和模态进行验证。在低频区，Ａ 模态导波存在于自由平板中，而 ０ ＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅ模态导波只存在于覆水平板中。利用ＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅ模态和Ａ 模态导波的传播特性设计液位测量实验，采用一激 ０ 一收压电传感器布置方式，频率１３０ｋＨｚ的２．５周期汉宁窗调制正弦波作为检测信号，结果表明，液位与导波传播时间呈线性 关系，能够用于容器内液位测量。 关键词：超声导波；Ａ模态；ＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅ模态；液位测量 ０ 中图分类号：ＴＢ５５９　ＴＨ８１６　　　文献标识码：Ａ　　国家标准学科分类代码：１４０．２０ Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｎｏｎｉｍｍｅｒｓｉｖｅｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄｏｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓ ＸｕＨｏｎｇ，ＧｕｏＰｅｎｇ，ＴｉａｎＺｈｅｎｈｕａ，ＤｅｎｇＢｏ，ＺｈａｎｇＫａｉｌｉ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙ，ＰｏｗｅｒａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｉｎｆｒｅｅｓｔｅｅｌｐｌａｔｅａｎｄｗａｔｅｒｌｏａｄｅｄｓｔｅｅｌｐｌａｔｅａｒｅｓｏｌｖｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＮａｖｉｅｒ ｋｉｎｅｔｉｃｅｑｕａｔｉｏｎ；ｔｈｅｎ，ｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｕｒｖｅｓａｒｅｄｒａｗｎ．Ａｆｔｅｒｃｏｍｐａｒｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｒｅｅｐｌａｔｅａｎｄ ｗａｔｅｒｌｏａｄｅｄｐｌａｔｅ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔａＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅｍｏｄａｌｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｅｘｉｓｔｓｉｎｗａｔｅｒｌｏａｄｅｄｓｔｅｅｌｐｌａｔｅ，ｗｈｉｃｈｄｏｅｓｎｏｔｅｘｉｓｔｉｎｆｒｅｅ ｓｔｅｅｌｐｌａｔｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｏｄａｌｓｏｆｔｈｅ ｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｉｎｆｒｅｅｐｌａｔｅａｎｄｗａｔｅｒｌｏａｄｅｄｐｌａｔｅａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｇｉｏｎ，Ａｍｏｄａｌｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓ ０ ｉｎｆｒｅｅｐｌａｔｅ，ａｎｄＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅｍｏｄａｌｏｎｌｙｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｉｎｗａｔｅｒｌｏａｄｅｄｐｌａｔｅ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅ Ａ ｍｏｄａｌ