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超声波电路在奶液成分检测中的应用

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超声波电路在奶液成分检测中的应用

一、声特性和牛奶成分检测方法与检测系统原理

1.1、超声传播特性

材料的基本以用他们的超声特性（如声速、声衰减系数、声阻抗）来表征，它们之间的关系可以由平面波在材料中传播的数学分析得出

1.2、衰减测定

声波在介质中传播时，能量的衰减决定于声波的扩散、散射和吸收。在理想介质中，吸收衰减是由于介质黏滞性，使超声波波介质中传播时造成质点间的内摩擦，从而使一部分声能转换为热能，通过热传导进行热交换，导致声能的损耗。

衰减系数可以表述为A=A0exp(ad)

A0表示初始振幅；A表示声波通过介质后检测到的振幅；表示声波通过的距离。

1.3、超声辐射的工作原理

当声速与密度联合起来，将会获得频率和其他的许多物理特性（比热率、热导点率和比热）的热物理数据信息。这些参数包括绝热缩率、体积系数、剪切黏性、真假弹性以及杨氏（Young’s）系数。

二、牛奶主要营养成份检测电路的设计

2.1、超声波声速检测技术的基本原理

如图2.1所示，信号发生器产生一个具有一定频率和振幅的脉冲电子波，在传至发送探头的同时，也送至时间计数器，记录开始时间t1。脉冲电子波在发送探头被转化成相同频率的超声机械波，通过样品压缩传递，被接收探头接收并再次转化成电子波，然后送至时间计数器记录停止时间t2。则即为超声波通过样品池的时间。因为样品池的有效准确长度d已预先利用已知声速的物质准确测知，所以声速即可求出。在两相的界面处，因声波传递会出现通过或反射两种可能性，所以在测量中往往只使用一个探头，既作为发送，也供接收之用。此时，测取的是声波到达某一选定界面后再反射折回探头的时间，即C=2d／At。

2.2、电路设计

该测试装置由发射接收电路、数据处理部分、计数电路、样品池和显示打印等组成。发射探头产生符合要求的超声波信号，通过样品池，由接收探头接收，单片机和计数电路实现准确计数，通过显示打印部分完成显示和打印检测结果，在对脂肪和蛋白质等多种成分的检测时，样品池需二次加热。

2.3单片机软件设计

2.3检测电路数字设计部分

为了简便操作和系统简单，在下面的内容里，我们将详细介绍基于C8051F020单片机的检测电路。

三、总结与展望

本论文将超声波电路和单片机控制技术有机结合，基本完成了运用超声波对牛奶成分检测的系统的设计。采用超声波技术，所需要的资金投入比较低，且其测量参数比较少，继而完成了超声换能器的驱动设计，超声波电路的设计。本设计采用单片机C8051F020作为控制核心，选用HD7279键盘智能控制芯片完成键盘控制，以及采用DS18B20作为数字温度传感器，并且完成了各芯片的驱动。

由于实际经验和经费等所限，设计上难免有考虑不周之处，还需要进行实验进行改正。在各芯片的选用上可以选择精度和等级更高的芯片，这些还需要在今后应用时加以完善。

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-全文完-