超声波液位计、流量计中时间测量方法的研究

摘要

在现存的各种液位、流量仪表中,利用超声技术研制的仪表因具有非接触测量的优点在测量仪表中占有非常重要的地位,得到了越来越广泛的应用.对于各种超声测量仪表来说,其测量精度的高低主要由超声波传播时间的测量精度决定,所以研究可提高测时精度的方法有重要意义.该文分析了以脉冲法为主的传统超声测时方法存在的缺陷.针对流量测量提出了一种高精度测时方法:频差-相差-时差法.给出了该方法的测时原理,对其进行了误差分析,设计了基于QuartusⅡ平台的相位检测方案以及整个系统的实现方案;针对液位测量,根据超声波与雷达波的相似性,提出将线性调频技术应用于超声波液位测量中.利用MATLAB工具对该方法进行了分析验证,设计了实现方案并对其进行了精度分析.对两种测试方法的研究表明:频差-相差-时差测时方法适合于流量测量,测时精度主要由测相精度和所发射信号的频率稳定度决定,在一定条件下可达纳秒级;线性调频测时方法的测时精度主要由发射信号的时间带宽积决定,适合于液位测量.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1液位与流量测量的意义

1.2时间测量在超声测量中的地位

1.3课题背景及本文的主要工作

1.3.1课题研究背景和题目来源

1.3.2研究任务和研究方法

第二章超声液位计和流量计测量原理及传统测时方法

2.1超声液位计测量原理

2.2超声流量计测量原理

2.2.1时差法超声流量计测量原理

2.2.2多普勒效应法流量计

2.3多种测时方法性能比较

2.3.1门限脉冲法

2.3.2三传感器法

2.3.3时差-相差-频差-时差测时方法

第三章频差-相差-时差测超声波传播时间的方法

3.1频差-相差-时差的时间测量方法的原理

3.2误差分析

3.3相位差检测方法

3.4相差测量试验

3.4.1数据采集与相位测量

3.4.2阻抗分析与相位测量

第四章相位差测量实现方案

4.1电路原理图设计思想

4.1.1正/余弦积分电路

4.1.2求取正切值电路

4.1.3逐次比较取得相位差电路

4.2编译/仿真结果

4.3测时精度分析

第五章总体实现方案

5.1总体方案设计

5.2系统各组成部分的功能

第六章线性调频技术在超声传播时间测量中的应用

6.1匹配滤波器

6.1.1匹配滤波器的定义

6.1.2关于匹配滤波器的讨论

6.2利用MATLAB仿真匹配滤波器的工作过程

6.2.1对正弦信号进行匹配滤波

6.2.2线性调频信号进行匹配滤波

6.2.3实际工程应用中的线性调频信号的匹配滤波

6.3实现方案与精度分析

6.3.1利用线性调频技术测时的实现方案

6.3.2测时精度分析

6.4小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.1展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

附录C

附录D

攻读学位期间发表的论文