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基于超声技术的纸浆浓度检测系统的研究

作　者: 蒙延庆
导　师: 孙宝江
学　校: 山东轻工业学院
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 纸浆浓度 FPGA 超声
分类号: TP274.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 56次
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内容摘要

随着科技的不断进步，各式各样的纸张充斥着我们的日常生活。纸张作为一种日常接触的产品，伴随着产品各类的丰富，其不可估量的重要性已引起当今社会的关注。由于人们对纸张的不断增长的需求，所以纸张生产过程中的种种参数非常重要。因此，参数的测量方法正在快速的更新与发展。浓度作为纸浆的一种最基本的参数，其测量方式的简便性及安全性正考验着越来越多的生产厂商。浓度数值是造纸过程中的一项基本工艺参数，不仅关乎生产出的纸张的质量与销量，更关乎整个生产造纸设备的安全性与可持续性。因此，研究一种高效、简捷、安全的检测浓度方法具有非常重大的意义。结合目前纸浆浓度检测系统的发展状况以及国内外的研制理论基础，并鉴于超声的突出优点，本文主要以超声技术为基础，通过系统的结构设计，选择优异的换能器，基于超声衰减原理，设计出一种可实现纸张固液两相流浓度的检测系统。无论是在实践还是理论研究中，液固两相流液体的浓度检测都是一个值得深入研究的领域。虽然目前没有在工业过程中广泛应用，但是超声检测在纸浆领域的应用将会越来越广阔。本课题在以下几个方面进行了探索和研究：(1)基于超声信号的优点，选择特定的超声信号进行测量。通过分析研究超声信号的各种发射收集方法，确定一种可行、有效的测量途径。(2)通过阅读详细的材料和换能器制作方法，确定出一种可用于灵活检测纸浆浓度的硬件设施。通过材料的选择分析，确定换能器的等效电路，进一步减少发射和接收超声信号过程中产生的误差。(3)利用FPGA对信号进行发射和接收的工作。由于FPGA(Spartan3E)具有的优势及高集成性，便于对信号进行控制和分析，并且可以弥补信号传播过程中产生的误差。最后，通过可行性分析，证明整个系统的设计可以降低必要的成本，提高了可操作性，具备了纸浆浓度检测的目的。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-15
  1.1 研究背景与意义  11-13
    1.1.1 研究背景  11-13
    1.1.2 研究意义  13
  1.2 纸浆浓度检测的国内外现状  13-14
  1.3 本文的主要工作及内容  14-15
第2章浓度测量与超声信号  15-28
  2.1 纸浆浓度测量要求与方法  15-17
    2.1.1 测量要求  15
    2.1.2 测量方法  15-17
  2.2 超声信号及超声检测  17-23
    2.2.1 超声波的特性  17-19
    2.2.2 超声波测量浓度的三种原理方法  19-23
  2.3 超声波的衰减理论  23-27
    2.3.1 吸收衰减  24-25
    2.3.2 散射衰减  25-26
    2.3.3 扩散衰减  26
    2.3.4 总衰减  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章压电陶瓷与换能器的研究  28-33
  3.1 压电效应及压电材料研究  28-31
    3.1.1 压电效应  28-29
    3.1.2 压电材料的选择及参数测量  29-31
  3.2 换能器的研究  31-32
    3.2.1 探头  31
    3.2.2 等效电路图  31-32
  3.3 本章小结  32-33
第4章 FPGA 与实验芯片选择  33-44
  4.1 可编程逻辑器件的概述  33-34
    4.1.1 CPLD 与 FPGA 的关系  34
  4.2 FPGA 基础知识  34-38
    4.2.1 FPGA 的基本结构  34-36
    4.2.2 FPGA 的分类  36-37
    4.2.3 FPGA 的生产情况  37-38
  4.3 主芯片的选择  38-40
    4.3.1 Spartan  39
    4.3.2 Spartan 3A  39
    4.3.3 Spartan 3E  39-40
  4.4 XC3S500E 芯片  40-43
    4.4.1 FPGA 芯片选型  40-41
    4.4.2 XC3S500E 的引脚  41-43
  4.5 本章小结  43-44
第5章系统设计  44-61
  5.1 配置芯片  44-46
  5.2 配置模块  46-48
  5.3 系统硬件设计要求  48-57
    5.3.1 信号发射电路  48-51
    5.3.2 功率放大电路  51
    5.3.3 信号采集放大电路  51-52
    5.3.4 滤波电路  52-54
    5.3.5 AD 转换电路  54-57
  5.4 软件设计  57-60
    5.4.1 AD 转换软件设计  58-60
  5.5 本章小结  60-61
第6章数据分析  61-63
  本章小结  62-63
第7章总结与展望  63-65
  7.1 研究总结  63
  7.2 展望  63-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
在学期间主要科研成果  69
  发表学术论文  69

基于超声技术的纸浆浓度检测系统的研究

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