论文摘要
泥沙含量测量在水利、海洋、生态环境等领域占据着重要的位置，高效能、高精度的测量技术一直受到国内外测控专家广泛的关注，并对此做了大量的研究。超声波在传播中具有良好的束射性和方向性，易于产生，成本低廉，不受环境的限制，使用超声波技术实现泥沙含量测量的技术难度相对较小，因此，在很多领域得到广泛应用。传统的泥沙含量测量采用称重法或光学法，其硬件结构主要是采用单片机，而测量算法只是做简单的信号比较。这种方法在一些要求不高的场合可以应用，但是，由于单片机芯片本身的限制以及算法的相对简单，使得测量精度较低，易受到环境中很多因素的干扰。而且，对于不同地区和不同泥沙含量的液体，需要使用不同频率的超声波进行测量，目前还没有一种适合本地区泥沙含量测量的仪器。本文首先分析了超声传感器的原理，又具体分析了泥沙含量测量的理论依据、测量方法和本地区泥沙的特征，在深入分析了超声波的性能特点以及超声波泥沙含量测量原理的基础上，设计了基于TMS320F2812高性能32位数字信号处理器的泥沙含量传感器的软、硬件，并针对具有本地区特性的亚粘土泥沙进行了超声波衰减实验，本设计方案采用数字信号处理方法使得硬件结构变得简单易行。实验结果表明，实验中确定的频率范围适合测量本地区液体中的泥沙含量，而且与传统测量方法相比，这种设计方法在一定程度上提高了测量精度。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题研究的背景和意义1.2 国内外超声波泥沙含量测量的发展概况1.3 现有超声波泥沙含量检测的主要问题1.4 本课题的研究意义及主要研究内容1.4.1 本课题的研究意义1.4.2 本课题的主要研究内容1.5 本论文的结构第二章 超声无损检测与水文泥沙含量测量2.1 超声无损检测概述2.1.1 超声波简介2.1.2 超声检测技术概述2.1.3 超声无损检测2.1.4 超声波测量技术原理及应用2.2 水文泥沙含量测量2.2.1 水文泥沙含量测量方法简介2.2.2 不同地区泥沙特性分析2.2.3 应用超声衰减原理测量水文泥沙含量第三章 超声传感器的原理与超声波测量泥沙含量的基本原理及方法3.1 超声传感器的原理3.1.1 超声波的产生和接收3.1.2 超声传感器的振动模式和频率3.1.3 超声传感器等效电路3.1.4 超声传感器的频率特性3.2 超声波的衰减原理3.2.1 超声波的声衰减特性3.2.2 超声波在悬浮泥沙中的衰减原理3.3 泥沙含量测量的方法3.4 接收超声波幅度的测量第四章 泥沙含量测量系统检测信号的DSP处理4.1 泥沙含量测量系统检测信号的频谱特性4.2 FIR数字滤波器基本原理简介4.2.1 数字频率ω的涵义4.2.2 数字滤波器设计方法4.2.3 常用几种窗口函数4.2.4 FIR滤波器的结构选择4.3 泥沙含量测量系统检测信号的FIR数字滤波处理4.4 泥沙含量测量系统的实验数据与数据分析4.4.1 实验数据及来源4.4.2 实验数据分析第五章 基于DSP的泥沙含量测量仪的组成原理及硬件设计5.1 基于DSP的泥沙含量测量系统的硬件构成5.2 基于DSP的泥沙含量测量系统的测量方案概述5.3 数字信号处理5.3.1 数字信号处理的涵义及实现5.3.2 DSP系统构成5.3.3 DSP系统的特点5.3.4 DSP芯片5.3.5 DSP芯片的选择与本系统所选用芯片概述5.4 基于DSP的泥沙含量测量系统的硬件设计5.4.1 激励脉冲产生及驱动电路的设计5.4.2 DSP电源电路5.4.3 超声波信号接收电路5.4.4 A/D转换电路5.4.5 液晶显示电路5.4.6 串行通信接口电路5.4.7 仿真接口电路5.4.8 复位及时钟电路5.4.9 其它外接扩展模块第六章 软件编写方法与开发平台6.1 DSP开发环境CCS概述6.1.1 CCS代码生成工具6.1.2 CCS代码调试环境6.2 “SEED-XDSUSB2.0”仿真器与目标板6.3 程序模块6.4 软件调试第七章 基于DSP的泥沙含量测量系统的软件设计7.1 系统的主程序流程7.2 系统各功能模块介绍7.2.1 初始化模块7.2.2 看门狗模块7.2.3 A/D采样模块7.2.4 数据处理模块7.2.5 串口通信模块7.2.6 键盘扫描模块7.2.7 显示模块结束语参考文献附录致谢攻读硕士学位期间发表的论文
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