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基于超声波的检测防撞系统的设计外文翻译译文

齐齐哈尔大学

外文翻译正稿（译文、原文）

题目基于超声波的检测防撞系统的设计

学院通信与电子工程学院

专业班级电子信息工程052班

学生姓名张健

指导教师题原

成绩

2009年6月15日

速度测量高温超声波多普勒测速仪的使用

摘要：

超声波多普勒测速仪是用于测量流速的仪器，温度高达620度是为了克服热限制超声传感器声波的使用。

那个声波引导压电元件形成了一个综合的传感器。

这个方法首次成功应用超声波多普勒技术在200度液态金属温度上。

这一综合传感器的作用体现在实验金属熔体，测量数据等方面。

1引言

超声波多普勒测速仪是一种确定液体速度流动的创新方法。

其主要优点是能够调查不透明液体的流动，并提供完整的速度的实时分布。

到目前为止，没有测量速度技术在液态金属流动产生商用价值，因此，潜在的应用是显而易见的。

超声波多普勒技术在200度液态金属温度的这一综合传感器的作用体现在实验金属熔体上。

测量数据对PbBi泡状流和CuSn的可行性做了相对比较，超声波多普勒测速仪剖面流速测量已经报告了低温液体金属，如汞和镓（布里托2001年）。

成功的测量为液态钠在温度为150度（埃克特2002年）。

超声波多普勒测速仪相关问题应用液态金属流动如湿度传感器由液态金属以实现足够的声学耦合或分配适当的示踪粒子。

一种方法是一个综合超声波传感器的设计组成的压电元件和声波穿透不锈钢。

通过使用热和波导化学解耦之间发生积极传感器和流体。

因此，利用波导使各种超声波多普勒测速仪应用延伸到较高的温度和化学测量反应液。

集成传感器实验中所表现出的水和各种液体金属合金。

第一，超声波多普勒测速仪测量温度高达620度。

声波比较测量方面所取得的综合传感器和一个标准的传感器，分别在一个统一的水流量，液态金属实验和相应的结果中所描述。

然而，在现有技术的今天，揭示相当多的限制方面的可行性测量高温200度在传统的压电陶瓷传感器使用为基础的材料通常仅限于温度150度和200度，另一种方法是较高温度传感器是利用压电材料具有较高居里温度，例如GaPO4或铌酸锂。

作为探测器的流体的液态钠在液态金属增殖反应堆（史密斯1976年）。

这种测量系统的工作温度高达约650度。

不幸的是将出现重大亏损的压电性能在高温下。

耐热压电材料，如GaPO4晶体可以承受气温上升至约900度，但压电耦合系数只有15％，这是非常低的比较约65％的标准材料，压电陶瓷。

如此之信噪比低耦合因子导致坏的信号。

那个灵敏度的传感器所需的超声波多普勒测速仪不能实现。

2波导概念

我们的目标是建立一个超声波传感器，可以工作在最高气温高达约800度不锈钢，因此被选为波导材料。

此外，有几种技术可实现金属熔化之间的波导材料。

为满足这些要求的综合超声探头组成的波导压电装备有传感器和电子元件不锈钢外壳的开发。

图1显示了计划和拍照的探针。

由一个不锈钢箔厚度0.1毫米是包裹轴向围绕毛细管。

在波导被关闭在前端的手段激光束熔化导致平板不锈钢表面。

这表面是专为测量为了获得足够的液体润湿金属。

工作频率f的超声换能器是4兆赫。

对多普勒频移测量传播超声波内波指南要求，从而限制了波导厚度。

角d取决于直径D和发射的波长系数：

（1）

（2）

图1超声探测头示意图

3测量水速度

测量水速度的功能集成传感器，声波导验证水流。

测量速度分布进行了在低速水隧道使用集成超声波传感器和一个商业标准传感器（TR10405，4兆赫，洛桑信号处理公司，瑞士）。

试验段的引水隧洞是一个开放的矩形通道宽度205毫米，长度1000毫米，高度流体水平230毫米，流量控制的离心泵。

一个设计良好的进气口部分组成的喷嘴和一套系列网格提供了统一的流速剖面低湍流水平测试部分，如图2所示。

图2实验装置的测量水隧道图

安装了超声波传感器在自由表面的流体的多普勒45度角方向流动（第1个位置）或在流方向（第2个位置）。

超声波能量测量这两个传感器通过DOP2000中显示图。

由这个比较表明，超声波能量获得集成传感器是一个幅度以上的低超过标准的传感器。

主要原因是损失超声波能量在传输通过之间的接口波导材料和流体。

相结合的水和不锈钢显示强有力的差异关于声阻抗Z质量控制（其中Q是密度和C是音速）。

因此，部分排放的能源仍然是反映指南。

传感器、寄存器的使用反映了超声波作为一种强有力的高峰在回波信号，这个高峰不会成为中间值，由图3可见。

图3超声波能量测量水流量曲线图

因为所有固定回波造成的波导从信号由一个高通滤波器已被删除，因此，唯一的非平稳多普勒回声有助于衡量能源。

这种情况下液态金属的应用不能一概而论。

比值声阻抗之间不锈钢，例如，PbBi是降低与不锈钢和水。

那个意味着如果润湿问题得到解决，我们预期较高的超声波能量流体载流信号的速度信息到达传感器后回波从波引导统一。

这个信号延迟所产生的超声波传输时间通过波导被带到公式计算，测量深度为所有的结果。

速度剖面中获得的水隧道综合探头和标准传感器中显示。

流速选择在这个实验中给我们提供了速度70毫米/秒的试验段，这也是激光多普勒测量核实。

调整后的速度双方确定的超声波传感器具有足够的准确性。

由于高能量损失的超声信号综合探测更嘈杂。

相应的概况限于测量深度约60毫米。

上述部分反映了超声波在前面波导的影响。

经过传输沿波导从前面的传感器返回时，反射波到达第二次在界面波导和流体。

二级回声高峰波导线，并再次生成的一部分能源排放到流体造成二次信号的流动，可以看到图4测量水深大于70毫米。

速度测量中的液态金属合金为了证明能力的综合性超声波传感器应用在高温速度测量进行了金属熔体。

在这里，我们在报告实验中取得PbBi温度在180度300度之间，CuSn温度为620度流动的检测是由一群上升氮气气泡沫PbBi和手段，在用机械分别搅拌CuSn。

超声波测速仪的DOP2000被用来进行速度测量。

图4速度剖面中获得的水量波形图

PbBi泡状流已经描述了使用超声波多普勒测速仪用于测量泡状流动，并提出方法数据处理以提取信息的测量数据方面的阶段，尤其是速度液体流速剖面的泡沫。

我们已经进行了类似的实验，在共晶合金PbBi。

实验设施与传感器的位置如图5所示。

圆柱形容器由不锈钢制成的直径为125毫米，高250毫米包含约2.5L的液态金属。

容器提供电力加热器。

独立热电偶是用于确定温度的流体。

系统评估分别在流体温度180度和300度泡沫不断注入的液态金属通过与单孔内径0.5毫米。

图5试验计划的PbBi泡状流设施图

图6典型的速度分布的情况单一的泡沫波形图

在实验中系统参数的调整，超声波频率4兆赫，多普勒角度70度，脉冲重复频率4500赫兹，衡量深度200毫米，每个配置文件48，速度决议24毫米/秒，时间分辨率16.5毫秒，数量的配置文件4096，空间分辨率在PbBi0.9毫米，超声束直径最小7.5毫米。

图7PbBi泡状流在不同的实验气体流量图

图8一个计算概率密度函数波形图

4速度测量中的液态金属合金

中心横截面的液体容器161毫米低于自由表面的融化。

气体的流动为控制手段，质量流量控制器（MKS1359C，MKS仪器，马萨诸塞州安多弗，美国）。

超声波探头安装通过自由表面在垂直距离为150毫米和径向距离30毫米与尊重的立场孔口。

那个多普勒角度h被选定为20。

对于速度测量有人认为，垂直分量vz显然占主导地位的测量领域。

因此，它可以计算所测速度vus沿线的测量路径，同时考虑到多普勒角度：

vz=vus/余弦。

下文介绍的速度代表减少流速测量中的垂直方向。

测量仅限于一个单一的泡状流动制度小气体流量。

最大气体流量率被选为三立方厘米/秒的参数的设置多普勒仪器选定为我们的测量。

一个典型流速剖面获得如泡状流图所示。

较低的速度在小型测量深度相当于流通液态金属的推动下上升泡沫。

自从超声波脉冲是反映在泡沫接口，流速测量，可以解释为一个界面速度。

如果整个超声能源所反映泡沫表现在这个例中，没有任何资料可收到测量深度背后的泡沫位置（阴影效果）。

测量阶段速度和泡沫频率的变化进行的气体流量率之间0.034立方厘米/秒和1.119立方厘米/秒的在时空结构的泡状流量，由图7显示，那里密度模块的速度显示气体流率0.034，0.224和1.119立方厘米/秒的测量深度特别速度剖面沿超声束得出的垂直轴。

X轴代表统筹矩阵产生。

图9超声波两个阶段速度沿波形图

那个速度值为代表的灰阶轴在右边的每一个数字流速剖面测量顺序。

急剧的高信号速度值相吻合的回声收到气泡通过测量体积。

正规连锁单个气泡可以观察到的情况下最低气体的流率。

泡沫频率约为1Hz和随着越来越多气体的流率。

经常结构流丢失如果气流率达价值1.119立方厘米/秒。

第一，超声波多普勒测速仪测量温度高达620度将提交。

声波比较测量方面所取得的综合传感器和一个标准的传感器，分别在统一的水流量，液态金属实验和相应的结果中所描述。

然而，在现有技术的今天，揭示相当多的限制方面的可行性测量200度高温。

在传统的压电陶瓷传感器使用为基础的材料通常仅限于温度150度和200度，一种方法是较高温度传感器是利用压电材料具有较高居里温度，例如GaPO4或铌酸锂。

例如，作为探测器的流体的液态钠在液态金属增殖反应堆（史密斯1976年）。

这种测量系统的工作温度高达约650度。

不幸的是将出现重大亏损的压电性能在高温下。

耐热压电材料，如GaPO4晶体可以承受气温上升至约900度，但压电耦合系数只有15％，这是非常低的比较约65％的标准材料，压电陶瓷。

如此之低耦合因子导致坏的信号的信噪比。

那个灵敏度的传感器所需的超声波多普勒测速仪不能实现。

图10平均每阶段速度与气体流速图

图11气泡频率和计算相当于泡沫直径与气体流速图

发现低气体流量的泡沫速度，计算了一个简单的平均分液体和气体水平值。

测量流速剖面两个阶段沿超声波速度被发现在550度以上的最高浓度的上升气泡观察。

CuSn流演示实验中进行CuSn合金流（Cu35Sn65，熔点550度）在温度为620度实验配置中可以看出图12熔化的金属内是一个长方形氧化铝坩埚，通过高频率感应加热系统那个深度熔体约40毫米。

熔体温度控制使用的测辐射热计。

这个实验证明的可靠性测量系统的温度约650度在传感器下跌到金属合金通过自由表面。

一个明显的速度信号，得到了传感器内的熔体体积。

作为一个下一步机械搅拌器是用来生成气流。

增加的气流量结果增加液体流速以及泡沫速度的中心群。

很显然，对于一个高瓦斯浓度增强抽水可以预计效果的气泡。

也有小气泡速度取决于外部的中心。

有两个原因。

（1）如已讨论过的，速度气体/液体混合物达到最大的中心位置在正上方的开口的立场。

此外，从实验中观察水与同一实验配置是相同的，泡沫轨迹在外层空间的立场没有严格的直线。

这意味着泡沫的速度还包含重要组成部分的径向和方位角方向，以减少速度测量在垂直方向。

（2）一些检测气体泡沫以外的中心，是非常小群造成了较大的统计误差的测量这些测量水深。

平均意味着相速度略有增长的气体流量。

相应的值确定泡沫频率和相当于气泡直径，假设球形气泡形状显示在图11。

预测理论的上升速度的气泡是不明显的，因为它依赖于泡沫形状。

形状的自由上升泡沫在牛顿流体可以通过使用罗兰莫顿的公式如下：

（3）

（4）

这些无量纲参数计算使用价值相当于泡沫直径从实验和材料参数，相当于气泡直径大小的分类，相同密度质量和动态粘度的液体表面张力。

因此，我们找到以下无量纲参数：

（5）

根据已知的流动制度地图（克利夫1978年）的形状上升气泡的实验球形或椭圆形，摇晃CuSn流演示实验中进行CuSn合金流（Cu35Sn65，熔点550度）在温度为620度实验配置中可以看出图12熔化的金属内是一个长方形氧化铝坩埚通过高频率感应加热系统那个深度熔体约40毫米。

熔体温度控制使用的测辐射热计。

这个实验证明的可靠性测量系统的温度约650度在传感器下跌到金属合金通过自由表面。

一个明显的速度信号，得到了传感器内的熔体体积。

作为一个下一步机械搅拌器是用来生成流。

超声波探头安装在两个位置上双方搅拌器，如图12所示，以多普勒角35度。

感应加热系统被关掉在速度测量。

图12鉴于CuSn实验在620度示意图

图13平均流速剖面上获得两个不同的CuSn熔体波形图

本实验的结果如图13所示，平均速度剖面测量确定双方是相似的关于形状和幅度，但查看不同的波形按照所选择的轮换方向机械搅拌器。

一些重复测量结果的重复性结果平均速度。

本实验流动结构从理论思考。

曝光后，约30分钟的超声波传感器仍然工作，但是，高质量的信号开始略有恶化，因为金属熔体开始解散波导和搅拌器。

那个清除探头从液态金属破坏了外层的不锈钢箔。

5结论

一种新型综合性的超声波探头测量超声多普勒测速仪已经研制成功了。

使用这种综合传感器可以应用超声波多普勒测速仪的速度测量高温金属熔体高达约600度角，这种做法可能会打开一个超声波多普勒测速仪新领域应用。

它代表了新的强大测量技术进行检测液态金属结构的速度，从而改善我们的测量能力的类似不透明流体的类型。

可靠性的传感器已被证明成功测量PbBi在300度角和CuSn在650度角传感器提供明确的信号，导致重复性速度分布结果。

我们期待应用这种测量技术也应尽可能在温度约800度上。

在下一步，我们将集中的进一步发展传感器设计。

保护层将用于提高化学稳定性的波指导材料，铜合金和纯铜。

此外，我们将努力对我们的应用集成探针在液体中的铝开始研究认证。

在这种情况下，除了温度，其他一些严重的问题还出现在湿润的环境，如处理氧化氮层或铝对波的选择化学作用的材料。