基于TDC的超聲波壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模分析.pdf

1、壓力容器應(yīng)用廣泛，數(shù)量龐大，它涉及到工業(yè)生產(chǎn)和生活的眾多領(lǐng)域。作為承壓設(shè)備的典型代表，此類設(shè)備往往承載著易燃、易爆、劇毒或腐蝕性介質(zhì)，一旦出現(xiàn)意外事故往往會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。過(guò)壓是引起壓力容器安全事故的主要原因，因此，實(shí)時(shí)對(duì)該類設(shè)備的壓力參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制就顯得非常重要。傳統(tǒng)的壓力檢測(cè)方法分為介入式和非介入式兩種，本文在研究了國(guó)內(nèi)外非介入式壓力檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前測(cè)量方法存在的設(shè)備成本高，無(wú)法在線測(cè)量等不足，設(shè)計(jì)了一套

2、在線壓力測(cè)量裝置。同時(shí)，針對(duì)低壓段壓力與超聲波傳播時(shí)延之間非線性嚴(yán)重的問(wèn)題，提出了一種基于響應(yīng)曲面法的測(cè)量模型建模方法;針對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)容易受到探頭安裝、溫度、耦合劑以及信號(hào)處理電路等因素影響，提出了一種基于相鄰縱波時(shí)延間隔的壓力測(cè)量方法。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　(1)提出了一種基于響應(yīng)曲面法的壓力測(cè)量模型。由于殘余應(yīng)力和溫度的影響，壓力與時(shí)延之間在低壓段呈現(xiàn)局部非線性關(guān)系。為提高壓力檢測(cè)的精度，本文采用響應(yīng)曲面法和多波融合

3、的思想，建立了基于響應(yīng)曲面法的多元非線性壓力測(cè)量模型，并根據(jù)變量和模型的顯著性，優(yōu)化了模型結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模型可以實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)精度，調(diào)整的擬合優(yōu)度達(dá)到0.998，均方根誤差達(dá)到0.1MPa，平均相對(duì)誤差達(dá)到3.3％。
　　(2)提出了一種基于相鄰縱波時(shí)延間隔的測(cè)量方法。利用TDC在單個(gè)測(cè)量周期可同時(shí)進(jìn)行三個(gè)時(shí)間信號(hào)測(cè)量的能力，可以采集同一個(gè)激發(fā)信號(hào)所產(chǎn)生的多個(gè)縱波（臨界折射縱波或反射縱波），該方法可以克服超聲波探頭起振時(shí)間

4、不一致、耦合劑、超聲波激發(fā)和接收電路、探頭固定特性等不一致所帶來(lái)的影響，提高壓力測(cè)量精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該方法獲得的時(shí)延數(shù)據(jù)具有較好的重復(fù)性，壓力測(cè)量均方根誤差達(dá)到0.165MPa，平均相對(duì)誤差達(dá)到3.61％。
　　(3)設(shè)計(jì)了一套基于TDC-GP22的超聲波在線壓力檢測(cè)設(shè)備。根據(jù)對(duì)聲彈性理論和薄殼理論的研究，壓力容器內(nèi)的壓力可通過(guò)對(duì)超聲波渡越時(shí)間的測(cè)量來(lái)確定。本文采用MSP430F149為MCU，以TDC-GP22時(shí)間數(shù)字芯