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超声波浓度计

超声波浓度计

1 ∨理论分析
超声波在悬浮*液中传播时,3与悬浮?粒子相遇的超′声波在界面被散射衰减,其余部?分入?射到√粒子内被吸收?衰减,接℃触界面的超声波又受到粘×㎞﹢滞衰减,最后到达接收端。㈱各种衰减的机理?是很复杂的,*但都?是由悬浊∵粒子所引起,并与悬浊粒子的数目成比例,故在一定条件?㏒下?衰减是和浓度成比例的,测知悬浮液的声衰?减系数,就能求出浓∷度。设液体中有悬浮粒子时的㎡衰减率和接收电压分别为(a?0+ax)和E。,液体中?没有㏑悬?浊粒子时的?衰减率和∏接收电压分别为a0和E0>,发射、℡接收?端之间的 ?距离为L,发射电压为?Er?,则:

根据?∈上述两∣个公式,悬﹤浊粒子引起的衰减率可?由ax=(lnE=0-l?nE3x)?/L求得。
﹥由接收探头接收到的声?波幅度∥将随悬浮液?浓度的增?加而衰减?,声波幅度转换成的电压值也随浓度的增加≧而衰减,该∝浓度一电∧压??衰﹣减曲线经过标定?≠后,=即可从测mol量电压得到浓度?值。

本文引用地址:http://www.e??epw.com.cn/article/16×3374?.ht?m

2 硬件设计
如图1所示,⊥整个系统以超?声波?发射和接收电路为核心,采用直接数字频率合成芯片?AD9833产生≡脉冲≈串㏄?,经£过功率放大电路驱动超声波换∠㏕能器,超声波经过悬浊液到达?接?收换能㎏‖器,利用92 dB对数放大≤器A∞D830?7对回?波衰减信号进行对数放?大,最后由微控制?器对数据进行?处?理得出浓度值。∫系统还包括键盘、显示、参﹢数存储、开关量输出、?继电器输¢出、电流输出、UAR♀T通信等部分。

2.?1? 主控芯片电路
? 本系统以美℉国S£ilab的高速混合信号I?SP Fl㎎ash微控制器?C805?◎1Fml021为核心。衰减法超声波″浓度计在超声波发?射和∪接收的时序上需?要精确的控制,这不仅需要处理器的速度快,而且需要¥?多个定时器;?由接收单?元返回?·♂的是低于2.5 V的电压信号,需要超声波浓度计经过<精确的A/D采集转换成数字信号传递2给CPU处〒理。?C℅8㎝051F021的特点?如下;
①高速、流水线结构的8051兼容m的C?I?P-¬51内μ核(可达25 MIPS)。
¥ ?②1%2位的片上SAR A?D⊙C,可编程转换速率,㎜最大10?0 ?kbps,可编程≒放大器增益。
?③4 ≌352字节内部数据RAM,64 KB Flash存储器;可以在系统编程。
④m5个通用16位计数≥器、定时器?阵列⌒,硬件SMBus、SPI及21个UART串口。
⑤?功∩耗低(10 mA@20 MHz?),多种节$?电休眠和停机方式。
2.?2 DDS产生超声波发射?单元的脉冲串
直接数字频率∮合?成器(DDS)以※“相位”?的概念进¤行频率合成,不仅可以产生不同频率的正弦波,而且可?以控制波形的§初始相位,还可以产生三角?波和方波。本系?统采用DD∽S °A∷D9833作为?超声波发射单元的脉冲生成器。AD9833⊿是可编程的∶,通过高速串?口外围接口(SPI),只需要一个外部时??钟去产生简?单正?弦-波就可工作。AD9833可以在基于25 MHz的时钟下产生0 Hz~?12.5 MHz?的?波形‰。
? 超声波发射单元的脉冲生成电路如图2所示。DDS??的时钟来源于25∟ ?MHz有源晶振。AD983?3的??S?PI总线CLK、÷DATA、CS与微处≦理器?的﹣I/O口?通过一?片7≮4H?C244相连接。74HC244是八同相三态缓冲器,用于增?强信?号?带/负载能力。通过微处?理的控制±≯,A∴D9833在VOUT引脚输出需要频率的№方波。AD98?33的输出与微控+制?器的o选通∑信号EN在与?非门?的%作用下,在与非门的输出端@产生脉冲串,这个脉冲串经过功率放大电路就可以对超声波换能?器⊕进行驱动。

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