一种压电式超声波换能器测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种压电式超声波换能器测试系统，包括上位机、超声波换能器测试仪、工装支架；上位机与超声波换能器测试仪相连接；超声波换能器测试仪与待测超声波换能器相连接；待测超声波换能器设置于工装支架的测试孔内；工装支架位于盛水的容器内；超声波换能器测试仪包括主控模块；主控模块分别与时钟复位模块、电源模块、配置模块相连接；主控模块与通信模块相连接；通信模块的一端与触摸屏相连接、另一端与上位机相连接；主控模块与控制电路相连接。本实用新型专利技术通过一个机器多参数测试，实现了超声波换能器检测单一设备化，提高了超声波换能器测试系统的性能和生产效率；并能对所测超声波换能器进行测试数据存储。

【技术实现步骤摘要】
一种压电式超声波换能器测试系统
本技术涉及一种测试系统，尤其涉及一种压电式超声波换能器测试系统，属于测控技术与超声计量领域。
技术介绍
基于压电式超声波换能器是超声波水表、热量表等超声波流量计的重要组成部件，绝大部分厂家研究的重点都集中在流量计的基表机械结构设计，只有少量涉及流量传感器输出信号处理。普遍忽视了对流量传感器—超声波换能器性能的研究，有些企业甚至对主要技术参数还缺乏必要了解。一半以上的超声波换能器生产厂提供的技术参数有明显错误；或者过于简单，主要参数没有提供；或者名不副实，实测结果偏差很大。例如：几乎所有的热量表超声波换能器中心频率标称的都是1MHz。实测的结果是：仅有30％达到了(1±0.05)MHz，偏差最大的超过了12％。超声波换能器是超声波流量计测量液体流速的关键元件，基于压电陶瓷的换能器有20多种性能参数直接影响热能表的测量精确度。目前国内用于超声波热量表的压电陶瓷及超声波换能器的生产制造水平参差不齐，导致生产出的产品不管在结构尺寸方面，还是在性能参数方面一致性差。并且存在着带宽窄、脉冲余响大、谐振频率偏离等问题，严重影响超声波流量计的测量精度和使用寿命。超声波流量计已经广泛应用在水、热量及燃气等流量计量中，其中压电式超声波换能器是超声波流量计的核心部件。在实际流量计量应用中，时差法是采用最多的一种测试方法。时差法超声波流量计所用的换能器需要成对使用，其性能匹配直接影响时差法超声波流量计的流量计量精确度。目前国内换能器生产厂家，一般采用数字频率特性测试仪测出换能器的幅频特性曲线，从而测得换能器的谐振频率与反谐振频率，这种测试方法频率测试精确度较高，但需要人工读取、记录测得的数据，不利于存储且成本较高。等效阻抗的测试一般采用恒压源传输线法，此种方法测试原理简单，但测试时需要使用示波器、信号源、精密电阻箱、毫伏表等测试仪器，手动操作且成本较高。幅值测试采用单片机产生1MHz的脉冲激励信号激励换能器，通过示察换能器的发射与接收信号幅值，根据幅值大小来评价换能器能否满足应用要求并进行配对，这种测试方法激励信号单一、操作复杂、效率低，使用示波器增加了附加成本，且需要有经验的工程师手动调整示波器并读数，容易带来较大的读数误差。综上所述，目前压电式超声波换能器测试系统还存在着以下问题：1、超声波换能器性能测试中专用测试仪器成本高；2、仪器测试的指标单一，不能一台设备测试多项指标；3、谐振与反谐振阻抗测试繁琐、效率低；4、缺乏压电式超声波换能器的上位机，不能对换能器的测试参数进行存储。
技术实现思路
为了解决上述技术所存在的不足之处，本技术提供了一种压电式超声波换能器测试系统。为了解决以上技术问题，本技术采用的技术方案是：一种压电式超声波换能器测试系统，包括上位机、超声波换能器测试仪、工装支架；上位机与超声波换能器测试仪相连接；超声波换能器测试仪与待测超声波换能器相连接；超声波换能器测试仪对待测超声波换能器进行参数检测，参数测试包括静态参数：谐振频率、反谐振频率、谐振阻抗、反谐振阻抗；动态参数：发射幅值与接收幅值；待测超声波换能器设置于工装支架的测试孔内；工装支架位于盛水的容器内；超声波换能器测试仪包括主控模块；主控模块分别与时钟复位模块、电源模块、配置模块相连接；主控模块与通信模块相连接；通信模块的一端与触摸屏相连接、另一端与上位机相连接；主控模块与控制电路相连接；控制电路的一端与恒流源电路相连接、另一端与被测试电路相连接；被测试电路与信号调理模块相连接；信号调理模块通过A/D模块与主控模块相连接。进一步地，超声波换能器测试仪输出的激励信号频率可调且可调范围为1KHZ～100MHZ；超声波换能器测试仪通过RS232通讯方式与上位机相连接。进一步地，主控模块为型号为EP2C8Q208C8N的FPGA的芯片。进一步地，A/D模块的型号为高速A/D转换器AD9244。进一步地，触摸屏的型号为DC80480B070_03T/NW的工业串口屏。进一步地，工装支架的材质为304不锈钢；工装支架底部的反射面光洁度小于3.2；工装支架的高度为30-50mm。本技术通过超声波换能器测试仪采用多频率扫描技术，能自动产生不同的频率的激励信号，不需要外接其他测试设备如扫频仪、精密电阻箱等，实现了超声波换能器检测单一设备化。本技术通过一个机器就可测试压电式超声波换能器的发射与接收幅值、谐振与反谐振频率、谐振阻抗与反谐振阻抗等参数，提高了超声波换能器测试系统的性能和生产效率；而且通过对超声波换能器进行测量、筛选，从而得到性能优越、参数匹配的超声波换能器产品用于超声波流量计产品上。本设计成本低、多参数测试且能对所测超声波换能器进行测试数据存储，操作简单，精确度高，易于数据管理。附图说明图1为本技术的整体结构示意图。图2为超声波换能器测试仪系统连接框图。图3为电源模块电路原理图。图4为配置模块电路原理图。图5为恒流源电路原理图。图6为精密全波整流电路原理图。图7为二阶压控电压源型低通滤波器电路原理图。图8为模数转换电路原理图。图9为激励信号产生流程图。图10为扫频流程图。图11为连续型激励信号产生流程图。图12为间断型激励信号产生流程图。图13为各项测试项采样允许时刻示意图。图14为一次采样数据输出流程图。图15为工装支架平面示意图。图16为晶振电路原理图。图17为复位电路原理图。图中：1、上位机；2、超声波换能器测试仪；3、工装支架；4、待测超声波换能器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。如图1、图2所示的一种压电式超声波换能器测试系统，包括上位机1、超声波换能器测试仪2、工装支架3；上位机1与超声波换能器测试仪2相连接；超声波换能器测试仪2与待测超声波换能器4相连接；超声波换能器测试仪2对待测超声波换能器4进行参数检测，参数测试包括静态参数：谐振频率、反谐振频率、谐振阻抗、反谐振阻抗；动态参数：发射幅值与接收幅值；待测超声波换能器4设置于工装支架3的测试孔内；工装支架3位于盛水的容器内；超声波换能器测试仪2包括主控模块；主控模块分别与时钟复位模块、电源模块、配置模块相连接；主控模块与通信模块相连接；通信模块的一端与触摸屏相连接、另一端与上位机1相连接；主控模块与控制电路相连接；控制电路的一端与恒流源电路相连接、另一端与被测试电路相连接；被测试电路与信号调理模块相连接；信号调理模块通过A/D模块与主控模块相连接。其中，被测试电路指代的是待测超声波换能器4。通信模块指的是RS232通信接口。超声波流量计用换能器的重要性能指标包括谐振频率与反谐振频率、谐振阻抗与反谐振阻抗以及发射强度。这些指标能够综合反映换能器的性能，对超声波换能器进行性能评价以及换能器的配对使用提供依据，超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电式超声波换能器测试系统，其特征在于：包括上位机(1)、超声波换能器测试仪(2)、工装支架(3)；所述上位机(1)与超声波换能器测试仪(2)相连接；所述超声波换能器测试仪(2)与待测超声波换能器(4)相连接；所述待测超声波换能器(4)设置于工装支架(3)的测试孔内；所述工装支架(3)位于盛水的容器内；/n所述超声波换能器测试仪(2)包括主控模块；所述主控模块分别与时钟复位模块、电源模块、配置模块相连接；主控模块与通信模块相连接；所述通信模块的一端与触摸屏相连接、另一端与上位机(1)相连接；主控模块与控制电路相连接；所述控制电路的一端与恒流源电路相连接、另一端与被测试电路相连接；所述被测试电路与信号调理模块相连接；所述信号调理模块通过A/D模块与主控模块相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种压电式超声波换能器测试系统，其特征在于：包括上位机(1)、超声波换能器测试仪(2)、工装支架(3)；所述上位机(1)与超声波换能器测试仪(2)相连接；所述超声波换能器测试仪(2)与待测超声波换能器(4)相连接；所述待测超声波换能器(4)设置于工装支架(3)的测试孔内；所述工装支架(3)位于盛水的容器内；
所述超声波换能器测试仪(2)包括主控模块；所述主控模块分别与时钟复位模块、电源模块、配置模块相连接；主控模块与通信模块相连接；所述通信模块的一端与触摸屏相连接、另一端与上位机(1)相连接；主控模块与控制电路相连接；所述控制电路的一端与恒流源电路相连接、另一端与被测试电路相连接；所述被测试电路与信号调理模块相连接；所述信号调理模块通过A/D模块与主控模块相连接。


2.根据权利要求1所述的压电式超声波换能器测试系统，其特征在于：所述超声波换能器测试仪(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金龙，郭茂林，仪金辉，
申请(专利权)人：威海君沛智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37