基于CNG地下儲氣井檢測用的自動懸浮式超聲波探頭設(shè)計
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1．2 探頭系統(tǒng)工作原理
由結(jié)構(gòu)知：超聲波探頭固定于徑向?qū)к壍木?xì)絲桿上(對稱的兩只)，圖中只畫出了一只。因前面有最大位置限制銷，只可沿導(dǎo)軌作徑向運(yùn)動。其運(yùn)動受徑向電機(jī)控制，當(dāng)旋轉(zhuǎn)開始時，徑向電機(jī)將探頭送出。設(shè)超聲波接收探頭接收到的波形如圖3所示，t=t0時，發(fā)射超聲波；t=t1時是遇到管內(nèi)壁時，由于潤滑液與鋼管的波阻抗不同而形成的反射回波；t=t2時，遇到管外壁的反射回波，對徑向電機(jī)的控制信號是t=t1的反射回波。設(shè)超聲波在潤滑液中速度為v，潤滑液厚為e，則：
接收探頭將探頭離管壁距離信息送入單片機(jī)處理后，控制徑向電機(jī)的運(yùn)動，當(dāng)探頭離管壁距離為e時(設(shè)計值)，徑向電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。只要探頭離管壁距離偏離設(shè)計值e，徑向電機(jī)都會運(yùn)動，使探頭離管壁距離保持設(shè)計值e不變。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/162487.htm
1. 3 供液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
當(dāng)探頭未旋轉(zhuǎn)時，離心力潤滑液開關(guān)中的滑塊受彈簧力F2作用，方向指向圓心，如圖4所示，離心力開關(guān)關(guān)斷，無潤滑液輸出。設(shè)滑塊質(zhì)量為m，轉(zhuǎn)動半徑為R，當(dāng)探頭旋轉(zhuǎn)時，受慣性離心力F1作用(分析中忽略了滑塊所受摩擦力的影響)。
當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，彈簧被壓縮x，此時彈力F2為：
設(shè)計中使F1=F2時，離心力潤滑液開關(guān)被完全打開，有最多的潤滑液流入探頭與管壁之間形成厚為e的簿膜，起到潤滑和超聲波的有效傳遞作用。
2 自動懸浮式超聲波探頭控制電路設(shè)計
2．1 控制系統(tǒng)硬件組成
2．1．1 系統(tǒng)硬件組成的方案
系統(tǒng)硬件組成的方案如圖5所示。
2．1．2 各功能塊作用
取樣信號：工作頻率為12．5 kHz的方波信號，控制電子開關(guān)的工作。
超聲波振蕩器：由單片機(jī)輸出的具有一定幅度的，頻率為O．5 MHz的超聲波等幅信號。
電子開關(guān)：在1／10周期內(nèi)關(guān)閉回波通道，而將超聲波振蕩信號送入超聲波探頭(進(jìn)入探頭的是超聲波脈沖)；當(dāng)超聲波振蕩信號通道關(guān)閉時，將超聲波回波通道接通，將回波信號送入回波放大電路。
超聲波探頭：電聲轉(zhuǎn)換和聲電轉(zhuǎn)換器件。
回波放大器：將反射回的微弱回波信號進(jìn)行放大，使其具有一定幅度。
單片機(jī)接口：將回波放大器放大的模擬信號進(jìn)行模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換，使其符合單片機(jī)輸入的要求。
單片機(jī)：對輸入的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、計算、處理、控制等操作，輸出控制信號。
控制電路：對單片機(jī)輸出信號進(jìn)行處理。
步進(jìn)電機(jī)：帶動渦輪渦桿使探頭與管壁保持恒定距離。
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