自校准超声波油位测量系统研究与实现

摘要

液位测量技术广泛应用于生产与生活的各个领域。实现无接触测量、智能化测量与管理是现代工业商业发展的方向。利用超声波检测液位高度、厚度和距离等是一种精确、经济、有效的方法。传统的液位测量方式在动态复杂环境下，都存在分辨率低、精度弱、测量盲区大等缺陷。为了顺应现代液位测量技术的发展趋势，本文在研究了超声波物理理论和声学理论的基础上，提出了一种液介质测量方式的自校准超声波油位测量系统，以应用于飞机坦克油罐油箱等动态和复杂环境下的液位测量。在动态复杂环境下，如振动、噪声、磁场等环境下，由于被测油体中温度、热量变化、液面波动、磁场干扰等恶劣环境原因，超声信号会歧变、失真。本文所研究实现的自校准超声波油位测量系统，提出了声速自校准方案以实现环境温度补偿与声速校正。还针对超声检测中阈值法判断回波的波形和到来时刻的局限性，为提高测量精度，提出了一种高速数据采集法以获取完整地回波信号的思路，并在硬件上实现了高速数据采集。本课题选用高频窄脉冲的液介质测量方式，同时采用有效的非谐振超声波发射电路，以实现小盲区测量。本文还详细阐述了自校准超声波油位测量系统研究与实现的以下内容：硬件方面采用了高频窄脉冲信号发生及接收放大电路、高速数据采集电路；软件方面在数据采集的基础上，识别校正回波信号和液面回波信号，以校正回波的数据计算出超声传播速度，最终达到动态高精度液位测量。