水工物理模型水下高精度超声水位测量

摘要

针对现有水下超声波水位测量方法精度偏低,无法满足水工物理模型实验测量需求的问题,分析了水下超声波水位测量误差来源和误差量级,综合考虑水声速与渡越时间对测量精度的影响,提出了一种水下高精度超声水位测量方法.首先,分析了超声波换能器间隙误差对声速测量精度的影响,提出了间隙误差计算方法,从原理上消除了水体环境变化对水位测量精度的影响;其次,基于超声波回波信号的包络形态不变原则,采用归一化包络时差法检测超声波渡越时间,并给出了离散数值计算算法流程,以减小信号衰减特性的渡越时间检测的影响.理论分析表明,该方法能从水声速和渡越时间两方面同时减小水位测量误差.为了验证本方法的可行性,开发了实验样机,并进行了计量检定实验,实验结果表明,在400 mm量程范围内,水位测量误差小于0.1 mm,满足水工物理模型实验高精度水位测量需求.