20212

۲۰۲۱۲

طراحي، بهينه سازي و ساخت شارسنج گازي با استفاده از امواج فراصوت

كارشناسي ارشد

افزاره هاي ميكرو و نانو الكترونيك

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۸/۲۷

دكتر جواد ياوند حسني

برق

امواج فراصوت، به عنوان امواج مكانيكي براي انتشار نيازمند محيط‏هاي مادي‏اند. سرعت انتشار اين امواج برابر امواج صوتي در مواد مختلف است. بنابراين زمان ارسال به مسافت و سرعت موج بستگي دارد. اما اگر ارسال در محيط سيال متحرك انجام گيرد، در اين حالت سرعت ارسال ديگر ثابت نبوده و مقدار آن از جمع برداري سرعت‏هاي صوت و محيط بدست مي‏آيد. به همين جهت زمان ارسال دستخوش تغييرات مي‏شود. از اين موضوع مي‏توان در اندازه‏گيري سرعت جريان سيالات بهره برد و بدين ترتيب قادر خواهيم بود ميزان شار را كه از حاصلضرب سرعت در سطح مقطع بدست مي‏آيد را محاسبه نمود. در اين پايان‏نامه به بررسي انواع شارسنج‏ها، اِلمان‏ها و روابط مربوطه پرداخته شده و در آن طراحي و ساخت يك نمونه شارسنج جريان هوا با استفاده از پردازش سيگنال ديجيتال صورت گرفته است. همچنين براي استخراج اجزاء مدار معادل مبدل‏ها و تطبيق امپدانس آن‏ها ، از LCR سنج بهره گرفته شده است. در اين طرح مبدل‏هاي 40 كيلوهرتز مورد استفاده قرار گرفته و سرعت نمونه‏برداري توسط ميكروكنترلر dsPIC30F4011، 824/589 كيلو نمونه بر ثانيه مي‏باشد. شيوه مورد استفاده در بخش پردازش سيگنال ديجيتال، فيلتر منطبق است. اين پروژه براي اندازه‏گيري سرعت جريان هوا تا 10 متر بر ثانيه و قدرت تفكيك 02/0 متر بر ثانيه اجرا شد. قطر داخلي لولة جريان 3/6 سانتي‏متر است. يعني با اين روش اندازة شار، تا 18 ليتر بر ثانيه با قدرت تفكيك‏ 37 سي‏سي بر ثانيه اندازه‏گيري مي‏شود. واژه‌هاي كليدي: امواج فراصوت، شارسنج، زمان گذر، فيلتر منطبق، تطبيق امپدانس

1397/12/20

Design, Analysis and Fabrication of Gas Flow ‏Measurement System using Ultrasonic Waves

11/18/2019 12:00:00 AM

Ultrasonic waves, as mechanical waves, need physical environment for propagation. The propagation speed of these waves is equal to the sound waves in different materials. Thus the transit time depends on the distance and the speed of the waves. But in case the transition takes place in a moving fluid environment, the speed of the transition will not be constant anymore and its amount will be calculated by the vector addition of the speed of the sound and environment. So the transit time will change. This can be used in measuring the fluid flow speed and we will be able to calculate the amount of the the flow by multiplying the speed and the cross section. In this thesis we have studied the different kinds of the flowmeters, and the relative elements and the equations, and designed and manufactured an airflow flowmeter as a model by using match filter. Besides for extracting the elements of the equivaleny circuit of the transducers and their Impedance matching, the LCR gauge has been implemented. It has been used the 40 KHz transducers in this project and the sampling speed of the implemented microcontroller dsPIC30F4011, was 589.824 ksps. In Digitat signal processing section the Match filter method was used. This project has successfully worked up to 10 m/s speed with the resolution of 0.02m/s. The inner diameter of the flow pipe is 6.3cm, that is, we are able to measure the flow up to 18 lit/s with resolution of 37cc/s. Keywords: Ultrasonic waves, Flowmeter, Transit time, Match filter, Impedance matching