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摘 要

在当今，油的应用深入社会中的方方面面。而油的品质是影响油类应用的重要因素，其中油的密度和粘度性质更是判断油类品质的重要数据。然而，大部分油类品质测量仪器只能测量油类的单一物理量，测量多个物理量的仪器大多为国外进口，成本高昂，难以实现大规模普及应用。因此设计一种成本相对低廉，能对多种油品参数进行测量的系统是十分符合现实需要的。

通过查阅相关资料发现，利用石英晶体机械振动对环境介质的高度敏感性作为测量工具，对流体的粘度、密度进行测量的方法，在油品品质测量领域正受到高度重视，不少文献对此进行了大量研究，理论相对成熟。因此设计一个使用石英晶体作为敏感元器件，通过检测石英晶体在油体中发生振荡时的阻抗值以及谐振频率，以此来测量油品品质的相关参数的系统。本课题的研究内容分为如下两步：

1. 当石英晶体放置在有机液体中时，分析其液体对石英晶体的各种物理化学参数的影响，进一步研究如何测量液体的参数的原理和方法。
2. 以上述的理论为基础确定油品性质测量系统设计方案：以STM32F107VC芯片为核心，硬件电路以模块化思路为基础，设计AD9850芯片的DDS激励模块，以及阻抗读取模块和外接电源转化模块，最后数据在经过芯片处理后通过CAN总线模块进行传输。

关键字：液体参数 石英音叉 阻抗测量 谐振频率

Design of Detecting System for Quartz Fork - type Liquid Parameters

Abstract

In today's, oil applications penetrate all aspects of society. And the quality of oil is an important factor affecting the application of oil, oil density and viscosity of which is to determine the quality of oil important data. However, most of the oil quality measurement instruments can only measure a single physical quantity of oil, measuring a number of physical quantities of equipment for foreign imports, high cost, it is difficult to achieve large-scale universal application. So the design of a relatively low cost, can measure a variety of oil parameters of the system is very realistic needs.

It is found that the use of quartz crystal mechanical vibration on the high sensitivity of environmental media as a measurement tool, the viscosity of the fluid, the density of the measurement method, in the field of oil quality measurement is being highly valued, many of the literature on this A lot of research, the theory is relatively mature. Therefore, the design of a quartz crystal as a sensitive component, by detecting the quartz crystal in the oil body when the oscillation resistance and the resonant frequency, in order to measure the oil quality of the relevant parameters of the system. The research content of this subject is divided into the following two steps:

1. When the quartz crystal is placed in the organic liquid, the influence of the liquid on the physical and chemical parameters of the quartz crystal is analyzed, and the principle and method of measuring the parameters of the liquid are further studied.

2. Based on the above theory to determine the nature of the oil product measurement system design: STM32F107VC chip as the core, the hardware circuit to modular thinking based on the design of AD9850 chip DDS excitation module, and impedance read module and external power conversion module , The last data in the chip after processing through the CAN bus module for transmission.

Key words: liquid parameter；quartz tuning fork；impedance measurement；resonant frequency；

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 IV

第一章 绪论 1

1.1课题背景与课题的目的和意义 1

1.2课题所研究内容和将要面对的问题 3

第二章 石英音叉检测液体参数的测量原理 7

2.1石英晶体正负压电效应简介 7

2.2石英音叉检测液体粘度的测量原理 8

2.2.1石英晶体的阻抗特性 8

2.2.2石英音叉测量液体粘度原理 10

2.3石英音叉检测液体密度的测量原理 11

2.4粘度、密度测量方案总结 14

第三章 系统硬件的分析与设计 15

3.1系统硬件电路的分析与设计 15

3.2 ARM微控制器电路设计 16

3.3石英音叉频率激励电路设计 17

3.4石英音叉阻抗读取电路设计 23

3.5石英音叉信号调理电路设计 24

3.6硬件系统电源模块设计 25

第四章 系统软件的分析与设计 28

4.1 DDS激励源程序系统分析 28

4.2 A/D转换程序设计 29

结语 31

参考文献 32

致谢 34

附录1石英音叉检测系统电路原理图 35

附录2石英音叉检测系统PCB图 36

绪论

1.1课题背景与课题的目的和意义

油是多种非常不同物质的日常统称，油的分类并不系统，一般人们按它的来源、用途等分类。油类的应用面十分广泛，多种多样的油在现代生活中构成了必不可少的方方面面，例如食用油、汽油、煤油、柴油、润滑油等等。不少油类的原料——石油更是被称作为“工业的血液”，是现今社会最不可缺少的原料，石油在地球上是一种总量一定的资源，也是社会发展离不开的战略资源。伴随着历史发展，石油成为各国勾心斗角的战场，并逐渐演变成限制那些缺乏石油资源国家可持续发展的严重问题，也成为一些国家甚至不惜战争的主要目的。由此可见油类在人们的社会发展中的重要性。而润滑油作为石油四大产品之一也在人们生产生活中扮演了一个重要的角色。

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