水电事业的发展已越来越受到人们的关注。课题就是从此背景及现实意义出发,针对目前水电站水轮发电机组的振动引起的轴向位移,提出了运用超声技术的高精度的检测方案。 对超声波位移检测的历史及发展现状做了介绍,对超声换能器的特性做了一定分析,给出了等效电路,给出了基于超声技术的位移检测的工作原理及常用检测方法,重点介绍了脉冲回波检测法,对影响检测精度的关键问题进行了分析,给出实现高精度检测的实现方法,并对影响检测精度的因素做了一定的说明。 基于超声与复杂可编程逻辑器件(CPLD)的综合技术,实现了高精度位移的检测。本系统利用CPLD捕获超声波传播时间,将时间信息传送给单片机处理,其测量精度取决于CPLD计数频率,具有测量精度高、成本较低、能实时连续测量、操作方便等优势,其时差测量理论精度达到1μs,有效解决了传统检测方法中精度受制于微处理器(MCU)的工作频率的问题。 分别从理论分析、系统总体设计、系统硬件电路设计、系统软件设计等方面详细地说明了该工程的实现过程。该系统在软硬件的设计上有一定特色,一是设计中采用CPLD进行边沿检测并利用高速计数方法实现超声传播时差的精确测量,从而克服了一般时差测量的不足;二是在软件设计上采用了软件补偿方法,提高了精度;三是利用温度传感器实时检测环境温度以补偿温度引起的声速变化,保证了检测精度;系统在设计上结合了单片机与CPLD的优势,使系统电路结构简单可靠。这一研究成果现正申报国家专利。 课题在设计上采用收发异体的超声换能器加以实现,为消除了换能器间的距离所引起的误差,在此基础上进一步探讨了收发同体超声换能器在位移检测中的应用。