声化学能量测量仪的研究.pdf

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1、５００化工自动化及仪表第４２卷声化学能量测量仪的研究孔亚广徐涛（杭州电子科技大学自动化学院，杭州３１００１８）摘要介绍了一款基于ＳＴＣ１２Ｃ５６２８ＡＤ的声化学能量测量设备，详细分析了该设备的功能并介绍了各功能模块的原理和软件设计流程。该设备利用声强探头将液体中某点处的声压信号转换成电压信号，经放大、滤波后传给单片机进行分析处理和显示；具有较好的人机交互界面，能显示声强实时值和最大值；具备电池电量检测功能和声强标定功能，并提供了串口以便与上位机进行数据交互。现场实验数据表明，在复杂工业环境下，该系统性能稳定、参数可靠，对解决复杂工业现场下超声声

2、强的检测具有一定的应用价值。关键词声强检测声强探头声压信号串口通信中图分类号ＴＨ８９文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０５-０５００-０５２在当今超声波声化学应用领域，因为理论研从而可得Ｉ＝ＫＵ，其中，Ｋ为标定系数，与介质密究和实际应用的需要，人们一直在研究超声能量度、介质中超声传播速度和传感器特性相关；Ｕ为（以下简称声强）的测量方法。在声化学中，声强传感器端的电压值。为此，所设计的声强测量仪值和声场分布对研究超声波对反应釜中物体的空接收从传感器转换而来的电压信号，然后外接截化作用具有非常重要的价值。止频率１０ｋＨｚ的二阶高通滤

3、波器，依次经过整流、目前测量声强比较常用的方法是水听器放大、滤波，最后进入Ａ／Ｄ，由单片机对数据进行［１］法，采用的传感器是水听器。水听器是一种相分析处理，并实时显示。对灵敏的传感器，它可将声场中某点处的瞬时声１．２硬件架构图压信号转换成电压信号，再将此信号送到外围电如图１所示，声强测量仪采用的主控芯片为路进行处理并通过ＣＰＵ计算出声强值。另外一ＳＴＣ１２Ｃ５６２８ＡＤ，自带８位１０路的Ａ／Ｄ采样，液［２］种方法是压差法，其测量原理是：通过Ｕ型压晶采用１２８６４（点阵显示）；采样芯片是ＬＭ３５８，经差计测出声辐射压强，再结合声速进行换算得到声强

4、值。压差法测量装置由超声波发生器、换能器、三维定位仪和Ｕ型微差计组成。目前，声强测量的主要难题是没有合适的传感器能准确测量［３，４］质点振速。笔者利用压电传感器将超声辐射各个场点的声波所产生的瞬时声压信号经过压电传感器转换［５］成电压信号，再经过二阶高通滤波器滤波后进入声强测量仪，经声强测量仪进行数据处理后得到实时声强值。１系统总体设计方案１．１总体架构描述根据文献［１，２］所述，在误差精度要求不高图１声强测量仪硬件结构的情况下用水听器测量时，在平面波的作用下其声压平方与声强值呈正比例关系，笔者基于压电传感器原理，将声压信号等比例转换为电压信号

5、，收稿日期：２０１４-１１-１９第５期孔亚广等．声化学能量测量仪的研究５０１放大的信号再经过二阶滤波进入单片机，外部９Ｖ电池经过ＬＭ２５９６-５Ｖ降压到５Ｖ给芯片供电，ｋ１、ｋ２是两个外部中断按键。１．３软件工作流程声强测量仪软件工作流程如图２所示，对从Ａ／Ｄ口采集的电压信号进行滤波处理后，利用声强公式计算实时声强值。设定定时器０中断优先级最高，通过外部中断按键ｋ１、ｋ２进行参数Ｋ的标定。可通过串口将实时声强值传递给上位机，并接收上位机传来的对标定参数Ｋ的设定。２硬件电路２．１供电如图３所示，本声强测量仪采用外部的９Ｖ电池供电，然后经ＬＭ２５９

6、６-５Ｖ的电源芯片将９Ｖ电压转换成５Ｖ给ＳＴＣ１２Ｃ５６２８ＡＤ和运放ＬＭ３５８供电。电路中并联多个值为０．１μＦ电容是为了［６］滤除干扰信号，尤其是高频干扰。２．２电池电量检测如图４所示，Ａ端口是电池正极输入，Ｐ１＾１连图２声强测量仪软件工作流程接单片机Ａ／Ｄ口。采用两个１０ｋΩ电阻进行分压后将电池电量采用图形格式显示在１２８６４液晶屏以保证单片机引脚输入电压最大不超过５．５Ｖ，然右上方。图３９Ｖ转５Ｖ电路２．３外部信号的整流放大如图５所示，ＬＭ３５８是双运放，笔者只用其中［７］一个运放，但是另外一个运放不悬空。Ｐ３是压电传感器的输入端，经过

7、二极管整流，然后经过ＬＭ３５８运放放大。查看芯片手册可知，ＬＭ３５８可单电源供电范围是（３，３０）Ｖ，输出电压摆幅是（０，Ｖｃｃ－１．５）Ｖ，单位增益频带宽接近１ＭＨｚ，笔者所研发的声强测量仪检测的频率范围是１５～图４电池电量检测电路１００ｋＨｚ，所以选择该运放在理论上符合要求。５０２化工自动化及仪表第４２卷图５外部信号的整流放大电路［８］２．４串口通信路与上位机进行通信（图６），可将实时声强值声强测量仪通过ＰＬ２３０３芯片组成的串口电发送到上位机，并接收上位机对系数Ｋ的设定。图６ＵＳＢ转串口电路３实验测试数据实验一，准备一台函数信号发生器，用

8、声强测量仪分别测试在２０、２８、４０、６０ｋＨｚ频率下，峰值分别为１．４、１．６、１．８、２．０、２．２、２．４、３．０、３．２Ｖ时的声强值，结果如图