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【6h】

液压小管径的超声波流量/压力测量方法的研究

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目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 小管径超声波流量/压力检测研究的目的和意义

1.2 超声波流量测量技术的发展概述

1.3 超声波流量测量方法简介

1.3.1 时差法

1.3.2 多普勒法

1.3.3 相关法

1.4 超声波压力测量的基本原理

1.5 课题来源及研究的主要内容

1.6 论文内容安排

2 时差法超声波流量/压力测量理论及数学模型

2.1 超声波在液压油中传播的特性

2.2 时差法超声波流量测量数学模型的建立

2.3 时差法超声波压力测量数学模型的建立

2.3 本章小结

3 高精度时间长度测量

3.1 时间长度测量方法简介

3.2 改进型脉冲计数法

3.2.1 改进型脉冲计数法原理

3.2.2 改进型脉冲计数法的量化误差分析

3.3 本章小结

4 超声波流量/压力测量系统的硬件设计

4.1 超声波流量/压力测量系统的硬件构成

4.2 超声波流量/压力测量系统的硬件设计

4.2.1 超声波发送电路设计

4.2.2 超声波发射接收转换电路

4.2.3 超声波接收电路设计

4.2.4 FPGA及其外围相关电路

4.2.5 通信、显示、按键及实时时钟电路

4.3 本章小结

5 超声波流量/压力测量系统的软件设计

5.1 系统软件功能介绍及SOPC开发流程

5.1.1 系统软件功能介绍

5.1.2 SOPC技术简介及开发流程

5.2 Nios Ⅱ嵌入式软核系统的构建和时间测量外设的设计

5.2.1 Nios Ⅱ嵌入式软核系统构建

5.2.2 时间测量外设的设计

5.3 Nios Ⅱ IDE下的主程序设计

5.3.1 Nios Ⅱ IDE简介

5.3.2 Nios Ⅱ IDE的软件设计

5.4 本章小结

6 数据处理方法和降低误差的方法

6.1 测量数据处理方法

6.1.1 压强-时差数据拟合

6.1.2 流量-时差的数据拟合

6.2 装置实物

6.3 测量误差因素及降低误差的方法

6.3.1 液压系统自身引入的测量误差

6.3.2 系统测量硬件引起的测量误差

6.4 本章小结

7 结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢

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摘要

液压传动系统以其固有的优点,在传动领域得到广泛应用。然而,与电气传动和机械传动系统相比,液压系统存在故障率高、故障检测困难的缺点。流量和压力是反映液压系统状态的主要参数,是液压系统故障诊断的基础。本文提出了使用超声波对液压系统进行流最和压力测最的综合方案,可以实现非介入、实时在线测量,为液压传动系统的故障诊断奠定可靠的基础。
   针对传统超声波流测量时使用的传播时间法在小管径、低流速测量时,具有测时结果分散性大和对计数脉冲频率要求高的特点,提出了使用基于FPGA的等效脉冲法进行计时的方法。为使测量系统工作性能更加稳定和可靠,系统的集成化程度更高和使用更具柔性,本论文以SOPC技术为开发平台,以传播时间法超声波测量系统为研究对象,初步设计出了基于SOPC的传播时间法超声波测量的片上系统,并给出了具体实现方法。
   本论文主要内容如下:
   1.概述超声波测量的发展历史、国内外研究现状及分类,并对各几种代表性超声波测量原理进行了简要的阐述。
   2.根据超声波的声学特性,建立时差法流量/压力测量的数学模型,依据时差法测流量/压力的数学模型得出论文的重点和难点:超声波传播时间差的精确测量。
   3.讨论时间测量的几种方法,确定本课题解决问题所使用的时间的高精度测量方法:基于FPGA的等效脉冲法,并对该方法进行了理论分析。
   4.介绍了基于SOPC技术的流量和压力测量系统的硬件设计方法,并给出了相关的电路原理图。
   5.讨论了超声波流量/压力测量系统的软件设计方法,并给出了部分模块的设计图、仿真图和程序。其中,重点介绍了时间测量NiosⅡ外设的构建和软件设计思路。
   6.对本系统数据处理方法的给予了介绍。给出了时差-流速和时差-压力的修正方法,并简要的给出了造成测量误差的原因和改进的方法。

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