基于CNG地下储气井检测用的自动悬浮式超声波探头设计
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1．2 探头系统工作原理
由结构知：超声波探头固定于径向导轨的精细丝杆上(对称的两只)，图中只画出了一只。因前面有最大位置限制销，只可沿导轨作径向运动。其运动受径向电机控制，当旋转开始时，径向电机将探头送出。设超声波接收探头接收到的波形如图3所示，t=t0时，发射超声波；t=t1时是遇到管内壁时，由于润滑液与钢管的波阻抗不同而形成的反射回波；t=t2时，遇到管外壁的反射回波，对径向电机的控制信号是t=t1的反射回波。设超声波在润滑液中速度为v，润滑液厚为e，则：
接收探头将探头离管壁距离信息送入单片机处理后，控制径向电机的运动，当探头离管壁距离为e时(设计值)，径向电机停止转动。只要探头离管壁距离偏离设计值e，径向电机都会运动，使探头离管壁距离保持设计值e不变。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/162487.htm
1. 3 供液系统结构及工作原理
当探头未旋转时，离心力润滑液开关中的滑块受弹簧力F2作用，方向指向圆心，如图4所示，离心力开关关断，无润滑液输出。设滑块质量为m，转动半径为R，当探头旋转时，受惯性离心力F1作用(分析中忽略了滑块所受摩擦力的影响)。
当达到额定转速时，弹簧被压缩x，此时弹力F2为：
设计中使F1=F2时，离心力润滑液开关被完全打开，有最多的润滑液流入探头与管壁之间形成厚为e的簿膜，起到润滑和超声波的有效传递作用。
2 自动悬浮式超声波探头控制电路设计
2．1 控制系统硬件组成
2．1．1 系统硬件组成的方案
系统硬件组成的方案如图5所示。
2．1．2 各功能块作用
取样信号：工作频率为12．5 kHz的方波信号，控制电子开关的工作。
超声波振荡器：由单片机输出的具有一定幅度的，频率为O．5 MHz的超声波等幅信号。
电子开关：在1／10周期内关闭回波通道，而将超声波振荡信号送入超声波探头(进入探头的是超声波脉冲)；当超声波振荡信号通道关闭时，将超声波回波通道接通，将回波信号送入回波放大电路。
超声波探头：电声转换和声电转换器件。
回波放大器：将反射回的微弱回波信号进行放大，使其具有一定幅度。
单片机接口：将回波放大器放大的模拟信号进行模拟一数字转换，使其符合单片机输入的要求。
单片机：对输入的信号进行转换、计算、处理、控制等操作，输出控制信号。
控制电路：对单片机输出信号进行处理。
步进电机：带动涡轮涡杆使探头与管壁保持恒定距离。
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