非浸入式超声导波液位测量方法研究.pdf

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1、第３８卷第５期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ５２０１７年５月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭａｙ．２０１７非浸入式超声导波液位测量方法研究徐鸿，郭鹏，田振华，邓博，张凯利（华北电力大学能源动力与机械工程学院北京１０２２０６）摘要：从Ｎａｖｉｅｒ运动方程出发，求解了自由平板和覆水平板中导波的特征方程，并绘制了其频散曲线。自由平板和覆水平板频散特性对比分析后，发现了覆水平板中导波模态较自由平板多了一种ＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅ模态导波。通过数值计算、有限元模拟和实验研究，分别对自由平板和覆水平板中导

2、波的传播特性和模态进行验证。在低频区，Ａ０模态导波存在于自由平板中，而ＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅ模态导波只存在于覆水平板中。利用ＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅ模态和Ａ０模态导波的传播特性设计液位测量实验，采用一激一收压电传感器布置方式，频率１３０ｋＨｚ的２．５周期汉宁窗调制正弦波作为检测信号，结果表明，液位与导波传播时间呈线性关系，能够用于容器内液位测量。关键词：超声导波；Ａ０模态；ＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅ模态；液位测量中图分类号：ＴＢ５５９ＴＨ８１６文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：１４０．２０Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｎｏｎｉｍｍｅｒｓｉ

3、ｖｅｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓＸｕＨｏｎｇ，ＧｕｏＰｅｎｇ，ＴｉａｎＺｈｅｎｈｕａ，ＤｅｎｇＢｏ，ＺｈａｎｇＫａｉｌｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙ，ＰｏｗｅｒａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｉｎｆｒｅｅｓｔｅｅｌｐｌａｔｅａｎｄｗ

4、ａｔｅｒｌｏａｄｅｄｓｔｅｅｌｐｌａｔｅａｒｅｓｏｌｖｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＮａｖｉｅｒｋｉｎｅｔｉｃｅｑｕａｔｉｏｎ；ｔｈｅｎ，ｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｕｒｖｅｓａｒｅｄｒａｗｎ．Ａｆｔｅｒｃｏｍｐａｒｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｒｅｅｐｌａｔｅａｎｄｗａｔｅｒｌｏａｄｅｄｐｌａｔｅ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔａＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅｍｏｄａｌｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｅｘｉｓｔｓｉｎｗａｔｅｒｌｏａｄｅｄｓｔｅｅｌｐｌａｔｅ，ｗｈｉｃｈｄｏｅｓｎｏｔｅｘｉｓｔｉｎｆｒ

5、ｅｅｓｔｅｅｌｐｌａｔｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｏｄａｌｓｏｆｔｈｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｉｎｆｒｅｅｐｌａｔｅａｎｄｗａｔｅｒｌｏａｄｅｄｐｌａｔｅａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｇｉｏｎ，Ａ０ｍｏｄａｌｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｉｎｆｒｅｅｐｌａｔｅ，ａｎｄＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅｍｏｄａｌｏｎ

6、ｌｙｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｉｎｗａｔｅｒｌｏａｄｅｄｐｌａｔｅ．ＵｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＡ０ｍｏｄａｌａｎｄＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅｍｏｄａｌｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓ，ａｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈａｄｏｐｔｓｐｉｔｃｈｃａｔｃｈＰＺＴｓｅｎｓｏｒｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｍｏｄａｌ，ａｎｄａ１３０Ｈｚ，２．５ｐｅｒｉｏｄＨａｎｎｉｎｇｗｉｎｄｏｗｍｏｄｕｌａｔｅｄｓｉｎｅｗａｖｅｓｉｇｎａｌｉｓｕ

7、ｓｅｄａｓｔｈｅｔｅｓｔｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｗａｔｅｒｌｅｖｅｌａｎｄｔｈｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｔｉｍｅｅｘｈｉｂｉｔａｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｉｎａｃｏｎｔａｉｎｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｇｕｉｄｅｄｗａｖｅ；Ａ０ｍｏｄａｌ；ＱｕａｓｉＳｃｈｏｌｔｅｍｏｄａｌ；ｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ响是不可忽视的。如火力发电厂生产过程中的

8、锅炉汽１引言包、高压加热器、低压加热器、除氧器、凝汽器、轴封加热器、疏水箱等液位变化对电站机组的安全经济运行至关在工业生产过程中，液位往往是很重要的控制参数。重要。因此，能高精度、高可靠实时监