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毕业设计
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DZ292 气体泄漏超声检测系统的设计,毕业设计
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毕业设计（论文）开题报告 题 目： 气体泄漏超声检测系统的设计 院 （系）： 通信与信息工程 专 业： 电子信息工程 班 级： 0102205 学 号： 010220531 姓 名： 韦 伟 指导教师： 晋良念 填表日期： 2006 年 3 月 16 日 nts毕业设计（论 文）开题报告 1本课题的目的及研究意义 目的：目前，工业上和生活中均大量用到用于储存和输送压缩气体的压力容器。如汽缸、气罐、煤气管道等。由于各种原因，容器会产生漏孔从而发生气体泄漏。据估计，工业上由于泄漏而损失掉的压缩气体平均占到 40%左右。泄漏不但会造成能源的浪费，而且如果是有害气体的话，还会对空气造成污染。因此准确地判断和定位产生泄漏的位置， 对于提高企业的生产效率和节约能源具有重大的意义。 研究意义：传统的泄漏检测方法和绝对压力法、压差法、气泡法等，操作复杂并且对技术人员要求较高，而且不具有实时性。目前，工业上广泛利用泄漏产生超声波的原理来进行泄漏检测。利用超声波检测气体泄漏位置，不仅方法简单，而且准确可靠。基于此，本课题研究并设计了一种气体泄漏超声波检测系统。 2本课题的国内外的研究现状 气体泄漏问题 是目前一个非常活跃的研究课题，它可以广泛存在于 管道、煤气、气罐等的泄漏。 比如作为气体泄漏的一个分支： 管道泄漏不仅造成大的天然气 输差损失，而且严重危及管道安全；随着管道的建设，作为管道监控核心的泄漏检测技术一直受到各国科技工作者的重视。我国管道工业的起步较晚，所以泄漏检测技术也相对比较落后。目前主要依靠巡管工沿管道进行实际观察，无法及时准确地发现泄漏事故。 气体 泄 漏 检测技术 不尽如人 意的原因：由于气体本身的性质特点决定的，因此对于这类问题的研究必须付出更多的努力。 nts毕业设计（论 文）开题报告 3本课题的研究内容 设计一种气体泄漏超声检测系统，在通过对分析小孔气体泄漏产生超声波原理的基础上 ， 研究该检测系统的原理及 设计方案。使该系统能对各种压力容器的孔隙泄漏所产生的微弱超声信号进行精确检测。 并且 利用 单片机 技术对泄漏所产生的超声波信号进行分析处理和声压级计算 ,从而实现对泄漏的检 测及泄漏量的估算 。 4本课题的实行方案、进度及预期效果 nts 实行方案 1 检测原理 1.1 气体泄漏产生超声波 如果一个容器内充满气体 ,当其内部压强大于外部压强时 ,由于内外压差较大 ,一旦容器有漏孔 ,气体就会从漏孔冲出。当漏孔尺寸较小且雷诺数较高时 ,冲出气体就会形成湍流 ,湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波 ,如图 1 所示。 图 1 气体泄漏产生超声波 1.2 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: 式中 ,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 1mm;P0为环境大气绝对压力 ;P 为泄漏孔驻压。 图 2 声压级与雷诺数的 关系 2. 系统硬件实现 小孔气体泄漏所发出的超声波强度是极其微弱的 ,而且在工业场合 ,环境噪声是相当大的。所以要检测出在恶劣环境下的气体泄漏所发出的超声 ,必须对系统信号放大部分进行精心的设计。在本系统中只检测 40kHz 点的泄漏超声波的强度 ,原因是通过实验得出 ,在 40kHz 点的泄漏超声波能量都是比较大的 ,而且泄漏声和本底噪声能量差值也最大 (如图 3 所示 )。这样选择可以增加系统灵敏度。 nts 系统原理如图 4 所示。系统分为模拟和数字两部分 ,模拟部分包括信号放大电路和音频处理电路等。信号放大电路由前置放大电路、带通 滤波电路和二次放大电路组成。音频处理电路由本振电路、混频器、功率驱动电路组成。数字部分主要由 单片机 和 数码管 、 RAM、键盘等外围设备组成。传感器信号经过放大滤波以后 ,一路交由 单片机 处理 ,另一路通过降频转化为可听声。 图 3 本底噪声与泄漏声声压图 图 4 系统原理图 2.1 信号放大电路 图 5 所示为模拟电路的信号放大部分。 图 5 信号放大电路 nts2.2 音频处理电路设计 设计音频处理电路的目的是能够比较方便地判断哪里有泄漏的产生。人耳的听觉范围大约在 1kHz 到 20kHz 之间。因此检测到的超声信号必须通过降频才能为人耳所听到。降频的原理是利用差分信号的乘法特性 : 然后在 Uo 后接上低通滤波器 ,则可得差频信号。如选用本振电路的频率为37kHz,那么得到的差频信号为 3kHz,可为人耳听到。音频处理电路的原理图如图 6 所示。 图 6 音频处理电路原理图 2.3 单片机 2.4 数码管显示部分设计 2.5 键盘电路设计 3. 系统软件部分设计 因为系统要完成测量泄漏超声的声压级、估算泄漏量以及完成显示功能 ,所以软件主要由信号采集子程序、滤波子程序、 FFT 变换程序、泄漏估算子程序、 LCD 显示子程序、键盘服务子程序等组成。限于篇幅 ,在 此只列出程序设计的总体思路 ,如图9 所示。本文所介绍的超声波泄漏检测系统具有精度高、体积小、便于携带和具有很好的人机交互界面等特点。该系统还利用 单片机 等技术实现了对泄漏量的估算。 nts本课题进度计划表 3 月 2 日 3 月 10 日 毕业设计准备，查资料，翻译外文资料 3 月 11 日 4 月 1 日 拟定设计方案 4 月 2 日 4 月 29 日 电路的设计与制作 4 月 30 日 5 月 29 日 软件编程和系统调试 5 月 30 日 6 月 13 日 撰写论文；教师评阅论文，评阅人评阅。准备毕业设计答辩 6 月 15 日 6 月 20 日 毕业设计验收、答辩 预期效果 作出 一种气体泄漏超声波检测 系统。 nts毕业设计（论 文）开题报告 5、已查阅参考文献 ： 1 王化祥，张淑英 . 传感器原理及应用 M. 天津：天津大学出版社， 1999. 2 于亚非 .用超声波传感器检测气体泄漏 J. 仪器与未来 ,1992(8). 3 李光海，王勇等 .基于声发射技术的管道泄漏检测系统 J. 自动化仪表 ,2002,5. 4 李进，陈会仓等 .气体泄漏超声波检测装置 J. 工业仪表与自动化装置 ,1996,5. 5 龚其春 ,叶骞 .新型气体泄漏超声检测系统的研究与设计 J.电子技术应用 ,200 5,3. 6 Donald A.Neamen. Electronic Circuit Analysis and Design(Second edition). Published by the McGraw-Hill companies,2001. 指导教师意见 该同学能正确理解课题的要求和任务，提出的方案基本可行，进度安排符合教学计划，达到开题
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