作为评价灌浆工艺的一项重要指标,浆液密度的高精度实时测量具有重要意义。传统的浆液密度测量方法多与整个灌浆系统的工艺设计配合使用,创新性不足,浆液密度测量精度也有待提高。本文提出一种新的测量方法,将超声波测量技术与基于FPGA的高速信号处理系统结合起来,共同实现分辨率优于0.01kg/m3的浆液密度测量。利用超声波的传播速度与介质密度之间存在的函数关系来实现密度测量,即通过检测超声波波速的变化来获得介质的密度信息,完成密度的精密测量。当超声波传播距离一定时,精密测量超声波在介质中的传输时间就可得出超声波的速度,再根据传播速度间接求得密度值。文中系统分析了超声波浆液密度测量原理,完成了超声波浆液密度测量方案的设计,并结合实验验证了该方法的可行性。超声波浆液密度测量的核心技术体现在多声道测量结构、稳定可靠的超声波信号、高速信号处理系统和特殊软件算法等四个方面。完成基于FPGA的高速硬件电路设计和基于Verilog HDL的软件设计,是实现浆液密度精密测量的关键。硬件设计以FPGA为核心,主要包括超声波换能器驱动电路设计和超声波回波信号采集、处理电路设计,FPGA的功能主要体现在三个方面:与DDS技术相结合完成超声波换能器的驱动设计,产生超声波信号;与高分辨率的A/D转换电路结合起来,完成超声波回波信号的高速采样、存储设计;其内部构建的处理器能够对存储在RAM区的采样数据进行处理。软件设计包括回波数据采集设计、特征波查找算法和超声波传输时间精密算法。回波数据采集设计针对换能器接收端输出的回波信号制定采集方案。采集完成的数据存储于FPGA内构建的RAM中,特征波查找算法分析、比较这些采样数据,以便找出回波信号中幅值最大的特征波。高精度传输时间精密算法在精确确定传输时间起点、终点位置后,利用软件细分算法计算出传输时间的终点时刻。实验研究部分,以纯净水作为被测介质,验证超声波密度测量方案的可行性。实验结果表明超声波传输时间的测量精度达到纳秒级,为研制超声波浆液密度计,实现高精度浆液密度测量奠定了基础。