流体与半流体界面检测的研究

摘要

随着工业的发展及世界人口的大量增长，污水处理问题变得日益尖锐。在我国，随着国民生产总值的不断增长，政府也在不断加大污水处理工程的投入。然而由于我国污水处理的自动化程度较低，导致我国大部分污水处理工程运行效率低下、运营成本过高。沉淀池是污水处理工程中的一个重要部分，对于沉淀池淤泥界面的测量目前国内普遍采用插杆目测或使用进口设备进行测量。前者方法简陋，测量误差大，而进口设备价格昂贵。所以面对我国污水处理厂的形势，研制一种成本低廉，便于国产化的淤泥界面测量系统具有非常重要的现实意义。 本论文针对污水处理厂沉淀池淤泥界面的检测展开研究，系统地分析了目前的界面检测方法，对流体与半流体界面检测的方法进行了讨论，然后在分析了沉淀池淤泥界面检测的特点后，将流体与半流体界面检测理论应用于淤泥界面的检测，并进行了超声波淤泥界面检测系统的设计。它可以实现对污水处理过程中沉淀池淤泥界面位置的较为精确的测量，对于提高我国污水处理自动化程度和降低污水处理成本有着重要的价值。同时，对流体与半流体界面检测的研究也具有非常重要的理论意义。本论文的主要研究内容如下： (1) 分析了流体与半流体界面的特点，提出了适合检测流体与半流体界面的方法。 (2) 分析了污水处理厂沉淀池淤泥界面检测的特点，提出运用超声波进行淤泥界面的检测，并探讨了界面检测系统的基本原理。 (3) 运用超声波淤泥界面检测理论，设计了以AT89C52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示的双频超声波淤泥界面检测系统。提出采用高低双频超声波对淤泥界面进行检测的方法，提高了检测的可靠性和准确性。同时，将变阈值鉴幅补偿理论应用于系统中，提高了系统的测量精度，并对影响检测精度的因素进行了详细分析。 (4) 基于虚拟仪器技术智能化程度高、数据运算和处理能力强、性能价格比高、可操作性和稳定性好的特点，初步设计了基于虚拟仪器的界面检测系统。

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及学位论文知识产权权属声明

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2本领域研究的历史与现状

1.3论文研究内容和创新点

第二章流体与半流体界面检测的方法

2.1界面检测方法

2.1.1电容式界面检测

2.1.2超声波界面检测

2.1.3雷达式界面检测

2.1.4其它界面检测方法及比较

2.2超声波物理特性分析

2.2.1超声波传播的速度

2.2.2超声波的产生和使用频率

2.2.3超声波的反射与折射

2.2.4超声波的衰减

2.3超声换能器的选用

2.4超声波界面检测原理

2.4.1基本原理

2.4.2温度补偿

2.5本章小结

第三章超声波界面检测系统的总体设计

3.1沉淀池淤泥界面的特性

3.2系统功能需求分析

3.3超声波界面检测系统的总体方案

3.3.1系统设计方案比较

3.3.2系统总体设计

3.4系统主要参数确定

3.4.1传感器的工作频率

3.4.2传感器的指向角θ

3.4.3声速

3.4.4发射脉冲宽度

3.4.5测量盲区

3.5超声波界面检测系统的总体构成

3.5.1发射电路总体设计

3.5.2接收放大电路总体设计

3.5.3门限检测电路总体设计

3.5.4显示部分总体设计

3.6本章小结

第四章超声波界面检测系统的硬件及软件设计

4.1超声波界面检测系统的硬件设计

4.1.1发射部分

4.1.2接收放大电路

4.1.3门限检测触发电路

4.1.4系统控制部分

4.1.5温度补偿电路

4.1.6显示部分

4.1.7电源部分

4.2超声波界面检测系统的软件设计

4.2.1主程序

4.2.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序

4.2.3温度传感器软件编程

4.3系统软件的调试

4.3.1系统子程序调试

4.3.2超声波界面检测系统的调试过程

4.4影响精度的因素分析

4.4.1计数电路误差

4.4.2系统误差

4.4.3随机误差

4.4.4误差分析

4.5本章小结

第五章基于虚拟仪器的界面检测系统研究

5.1虚拟仪器技术在国际和国内的发展现状

5.2LabVIEW在国内外的应用现状

5.3基于虚拟仪器的界面检测系统的构成

5.4基于虚拟仪器的界面检测系统的设计

5.4.1系统原理

5.4.2系统的硬件设计

5.4.3系统的软件设计

5.5本章小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

附录

攻读硕士学位期间发表的论文