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超声波水位传感器的设计 开题报告


毕业设计(论文)开题报告

题目:超声波水位传感器的设计

系 专 班 姓 学 导

别 光电系 业 光电信息工程 级 名 号 师

2010 年

11 月

20 日

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开题报告填写要求
1.

开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之 一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成。 2.开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上 下载)填写并打印(禁止打印在其它纸上后剪贴) ,完成后应及时交给指导教师审阅。 3.开题报告字数应在 1500 字以上,参考文献应不少于 15 篇(不包括辞典、手册, 其中外文文献至少 3 篇) ,文中引用参考文献处应标出文献序号,“参考文献”应按附件 中《参考文献“注释格式”》的要求书写。 4. 年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写,例:“2008 年 11 月 26 日”。

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撰写内容要求(可加页,小四号宋体,行距 22 磅) :
1. 毕业设计(论文)综述(题目背景、研究意义及国内外相关研究情况) (1)题目的背景、研究意义 水情水位测量一直是水文、水利部门的重要课题。为及时发现事故苗头,防患于 未来,经济实用、可靠的水位无线监测系统将会发挥巨大的作用。水位是水库大坝安 全、水利排灌调度、蓄水、泄洪的重要参数之一。水位的自动化监测、传输和处理为 水库现代化建设提供了良好的基础资料。在工农业生产的许多领域都需要对水位进行 监控,可能现场无法靠近或现场无需人力来监控。我们就可以通过远程监控,坐在仪 器前就能对现场进行监控,既方便又节省人力。为了保证水利发电站的安全生产,提 高发电效率,水电站生产过程需要对水库水位、拦污栅压差和尾水位进行监测。但是, 由于不同电站有着不同的实际情况,因此就有着不同的技术要求,而且水位参数的测 量方法和测量位置不同,对监测设备的要求亦有所不同。这样往往造成监测系统设备 专用化程度高,品种多,互换性差,不利于设备维护,亦增加了设备设计、生产、安装的 复杂性。因此,在综合研究水电站水位监测的实际情况以及特点的基础上,利用现代电 子技术,特别是单片机技术和不挥发存储器技术,设计开发一种通用性好,可靠性高, 维护方便,可适用于多种监测环境的多模式水位自动监测系统具有重要的实际意义。 (2)国内外相关研究情况 水位监测系统在我国的应用已相当普及。超声波液位计是非接触液位计中发展最 快的一种。该技术基于超声波在空气中的传播速度及遇到被测物体表面产生反射的原 理。智能化的超声波液位计带有一个功能很强的智能回波分析软件包,它可以将搅拌 器产生的干扰过滤出来,识别多重回波;分析信号强度和环境温度等有关信息,这样 即便在有扰动条件下读数也是精确的。新型气密结构、耐腐蚀的超声换能器可测量高 达 15m 的液位,有的公司研制的超声液位计精度可达 0.2%,更精确些的超声液位计精 度可达±2mm.超声波液位传感器集非接触开关,控制器,变送器三种功能于一身, 适用于小型储罐,该液位传感器灵活的设计可以应用于综合系统或者替代浮球开 关、电导率开关和静压式传感器,也适用于流体控制和化工供料系统的综合应用, 超声波液位传感器对于机器,刹车等设备的小储罐的应用也是很好的选择,PVDF 的传感器可以适用于泥浆,腐蚀性介质,超声波液位传感器广泛应用于各种常压 储罐,过程罐,小型罐和小型容器,泵提升站,废水储槽等。 超声液位仪运用超声测距原理,无论在国外还是国内利用超声测距的理论已经非 常成熟,但在测量精度上国外比国内略有优势。国外超声测量液位的精度可以达至

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1%,而国内超声液位测量精度目前只能达 1.5%左右。影响精度的因素除了超声波 换能器本身的制作工艺外,还有发射和接收电路的性能以及关于误差的修正方法。目 前,国内超声液位仪的发展主要采用引进加仿制等手段,还有许多各大院校、研究所 与企业单位合作研发产品,合资企业代理国外相应产品等。中国科学院声学研究所研 制的 KS 系列超声波物位计是综合国内外同类产品开发的新一代科技成果,是用于物 位测量的理想设备,测量范围为 0.5m--30m,选择性宽,使用方便,适用于外部场所。 通常应用于温度在-40℃~100℃之间,压力在(3Kg/cmcm)以下的场所进行液位或 料位的测量,在常温、常压的情况下,选则超声波物(液)位计测量液体,液位或料 位高低的最佳的选择,具有工作可靠,安装方便,适用寿命长,免维护等特点,并具 有相对的价格优势。由于超声波物位(液位)计在测量物位与液位时,与被测量的介 质不接触,同时为全密封防腐结构,耐蚀性的,浑浊的等各种液体的液位测量,效果 更佳。 2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 本次所设计的超声波水位传感器主要包括以下几个内容: (1)水位数据采集 (2)水位数据传输 (3)水位数据分析 拟采用的研究方案 利用超声波的非接触测量性和准确性进行水位测量,使结果更加准确。利用相应 的超声波发射电路和接收电路来达到测量目的。超声波水位传感器要利用空气声学回 声测距原理来进行水位变化测量。由收发共用换能器发射一声脉冲、经声管传声遇水 界面产生反射, 回波经由同一换能器接收。 测得声波在空气中的传播时间及现场声速, 算出换能器发射面至水面的距离,依据换能器安装基准面及水位零点得到水位值。这 里用的是非接触测量,无需建造水位测井,安装方便,自动测量。 (超声波换能器是 接收超声波的装置)

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硬件部分分为数据采集和数据处理两 部分。整体硬件框图如下图所示。

单 片 机 超声波 传感器 电路 多 通 道

LED 显示

报警电路 A\D 上 机 位

通信芯片

3. 本课题研究的重点及难点,前期已开展工作 本课题的重点及难点:超声波的传播会随着温度的不同会产生误差,使测量结果 发生偏差,要进一步解决误差还需要查阅大量的书籍来更进一步的了解有关超声波的 知识。 4. 完成本课题的工作方案及进度计划(按周次填写) 2010 年 10 月 15 日到 2010 年 12 月 14 日:方案论证,完成开题报告,进行开题答辩。

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2010 年 12 月 15 日到 2011 年 3 月 5 日:完成中期报告和外文翻译,准备中期答辩。 2011 年 3 月 6 日到 2011 年 3 月 28 日:运用 Protel 软件进行仿真调试。 2011 年 3 月 29 日到 2011 年 4 月 5 日:书写论文,准备毕业答辩。

参考文献

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5 指导教师意见(对课题的深度、广度及工作量的意见)

指导教师:







6 所在系审查意见:

系主管领导:
注:1. 正文:宋体小四号字,行距 22 磅。 2. 开题报告由各系集中归档保存。







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