一种基于声循环法的不同介质下超声波传播速度测试仪

摘要

本发明公开了一种基于声循环法的不同介质下超声波传播速度测试仪，包括超声波接收电路、超声波发生电路、信号处理电路和显示电路，显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路均与信号处理电路相连接，且超声波发射电路和超声波接收电路分别位于介质容器管的两端，所述超声波发射电路具有超声波升压中周和防水型超声波探头，所述超声波接收电路包括超声波前置放大电路、滤波电路、次级放大电路图、整流电路和比较电路，本装置具有操作简便、精确度高、信号稳定抗干扰性强等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及测试装置，具体是一种基于声循环法的不同介质下超声波传播速度测试仪。

背景技术

超声波测试仪用于测试在混凝土，岩石，大理石及其它非金属材料中的传播的纵向超声波的传播时间和速度，通过这些数，能够评估材料及结构的强度及质量。这种方法的原理是利用了材料的超声波波速与其物理特性之间的关系。

目前的超声波传播速度测试仪在使用时比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于声循环法的不同介质下超声波传播速度测试仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于声循环法的不同介质下超声波传播速度测试仪，包括超声波接收电路、超声波发生电路、信号处理电路和显示电路，显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路均与信号处理电路相连接，且超声波发射电路和超声波接收电路分别位于介质容器管的两端，所述超声波发射电路具有超声波升压中周和防水型超声波探头，所述超声波接收电路包括超声波前置放大电路、滤波电路、次级放大电路图、整流电路和比较电路。

所述超声波前置放大电路包括芯片M1A，芯片M1A连接有电阻R1、电阻R2电阻R9和滑动电阻RV2，电阻R1、电阻R2均取为1KΩ；滑动电阻RV2为反馈电阻；所述滤波电路包括两个串联的芯片U1B和芯片U1C，在芯片U1B和芯片U1C之间还连接有电容C4和电容C5，芯片U1B和芯片U1C分别连接超声波前置放大电路和次级放大电路；所述次级放大电路同样具有芯片U1A，芯片U1A连接有滑动电阻RV3、电阻R3和电阻R4；所述整流电路由两个肖特基二极管D1和D2、电容C6组成倍压检波电路；所述比较电路具有比较器U2A，芯片U2A连接有滑动电阻RV1和电阻R5，电阻R5还连接有三极管Q1，所诉比较器U2A为LM358，比较器U2A有两个输入端，其中一端接输入的模拟电压，另一端接参考电压。

所述芯片MIA、芯片U1A、芯片U1B和芯片U1C均为高精度四运放芯片TL084。

所述显示电路具有由4位共阳极数码管组成的数码管显示模块。

作为本发明的优选方案：本装置还包括温度补偿电路，温度补偿电路具有温度传感器PT100、芯片U1A1和电位器VR1，电阻R11、电阻R21、滑动变阻器VR21、温度传感器PT100构成测量桥并连接芯片U1A1，芯片U1A1为TL431。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置具有操作简便、精确度高、信号稳定抗干扰性强等优点。

附图说明

图1为本发明的整体框架图。

图2为本发明的超声波发射电路图。

图3为本发明的超声波器前置放大电路图。

图4为本发明的滤波电路图。

图5为本发明的次级放大电路图。

图6为本发明的比较电路图。

图7为本发明的整流电路图。

图8为本发明的温度补偿电路图。

图9为本发明的系统朱程序流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种基于声循环法的不同介质下超声波传播速度测试仪，包括超声波接收电路、超声波发生电路、信号处理电路和显示电路，显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路均与信号处理电路相连接，且超声波发射电路和超声波接收电路分别位于介质容器管的两端，所述超声波发射电路具有超声波升压中周和防水型超声波探头，所述超声波接收电路包括超声波前置放大电路、滤波电路、次级放大电路图、整流电路和比较电路，超声波接收电路的主要作用是将超声波型号加以放大，并为后续信号处理电路提供稳定且大小合适的电信号。

参阅图3，超声波由发射探头发射，经过介质传播到接收探头，期间会发生衰减、散射等作用，导致超声波的能量有部分衰减，传播到超声波接收探头的超声波信号只有一小部分能传到压电晶片并转化为电压信号，该电压信号是一个毫伏级的信号，只有经过放大后才能进一步应用，具体的，所述超声波前置放大电路包括芯片M1A，芯片M1A连接有电阻R1、电阻R2电阻R9和滑动电阻RV2，电阻R1、电阻R2均取为1KΩ；滑动电阻RV2为反馈电阻，能够对信号放大，并防止噪声等干扰信号对后续的影响。

参阅图4，经过放大电路后，超声波信号转变为伏级的波动信号，但该信号不可避免的包含干扰信号，为得到更好的波动信号，对这类的模拟信号，通常用滤波器进行滤波，为此，所述滤波电路包括两个串联的芯片U1B和芯片U1C，在芯片U1B和芯片U1C之间还连接有电容C4和电容C5，芯片U1B和芯片U1C分别连接超声波前置放大电路和次级放大电路。

参阅图5，由于超声波接收头接收到的声波中包含了诸多干扰信号，为了不将干扰信号放大，所以经过前置放大后的超声波信号依然较小，经过带通滤波滤掉噪音后，需要对超声波进行进一步放大，等放大到一定幅值后才能使后面的整流电路工作，所述次级放大电路同样具有芯片U1A，芯片U1A连接有滑动电阻RV3、电阻R3和电阻R4。

所述芯片MIA、芯片U1A、芯片U1B和芯片U1C均为高精度四运放芯片TL084。

参阅图7，所述整流电路由两个肖特基二极管D1和D2、电容C6组成倍压检波电路，可取出接收到的检测脉冲信号，送给后面的电路进行处理。

参阅图6，所述比较电路具有比较器U2A，芯片U2A连接有滑动电阻RV1和电阻R5，电阻R5还连接有三极管Q1，所诉比较器U2A为LM358，比较器U2A有两个输入端，其中一端接输入的模拟电压，另一端接参考电压，当检测到的脉冲信号高于参考电压时，输出低电平，反之输出高电平。

同时，所述显示电路具有由4位共阳极数码管组成的数码管显示模块，动态扫描显示是数码管轮流显示，设置恰当的延时时间，再利用人眼的“视觉暂留”特性，便感觉到多位数码管同时被点亮，这种扫描方式能完全达到显示要求。

接收信号时，由于接受到的超声波信号是波动信号，为了确定时间结束点，采用电压比较器，需要设定一个合适的比较电位。

阀门脉冲是计数器的使能信号，当该信号为高电平时，计数器工作在计数状态，若该信号为低电平，则计数器停止计数。测量开始后，到计数器停止时接收电路接受到N个超声波信号，在此期间计数器计数的总时钟脉冲数为n，时钟脉冲频率为f，那么超声波信号传播一次的平均时间即为：

由此可以计算出超声波的传播速度：

v

v

所述信号处理电路具有STM32单片机，主程序对系统时钟和外围模块等进行初始化，通过STM32的PWM模块产生8个周期40KHz的脉冲方波和输入捕捉模块捕获接收到的超声波信号，所捕获到超声波信号是经过放大、滤波、整形等处理后的声波。

实施例2：

参阅图8，在实施例1的基础之上，本装置还包括温度补偿电路，温度补偿电路具有温度传感器PT100、芯片U1A1和电位器VR1，电阻R11、电阻R21、滑动变阻器VR21、温度传感器PT100构成测量桥并连接芯片U1A1，芯片U1A1为TL431，超声波的传播速度会受环境温度的影响，因此为了提高精度，通过温度补偿进行校正。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。