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提高超聲波液位計測量精度的研究方法

提高超聲波液位計測量精度的研究方法

發布時間:2018-4-16 18:01:41    來源:原創
提高超聲波傳播時間測量精度是提高超聲波液位計測量精度的關鍵。但要想顯著提高超聲波的測時精度並不容易:由於超聲波在液體介質中的傳播的速度一般在1500m/S左右,在進行液位測量時,若要精確到毫米級,則測量時間誤差應在微秒範圍內;在進行流量測量時,在實測的管道中,流體的流速一般在0~20m/s範圍內,所以此時的時間差通常在數納秒至微秒之間,若要求測量精度在1%以內,則測時分辨率要在0.000000001以上,所以,一般測時方法很難達到。 總結歸納了現存的多種測超聲波傳播時間的方法,分析了各測時方法在提高測時精度方麵存在的缺陷,並在此研究的基礎上,根據液位計對測時精度的要求不同提出了兩種不同的時間測量方法:1、線性調頻技術與超聲技術相結合的用於液位測量的測時方法;2、專用於流量測量的頻差-相差-時差測時方法。具體研究方法如下: 1、基礎性研究 研究了超聲波液位計的測量原理,通過對測量原理的研究,更加突出了提高測時精度對提高整個測量精度的重要性。 2、分析了多種現存的超聲傳播測時方法 研究了門限脈衝法、三傳感器法和時差-相差-頻差-時差測時方法的測時原理。通過對各種測時方法的分析比較,找出了各測時方法在提高測時精度方麵存在的不足與缺陷。 3、直接測相間接測時方案 在傳統測時方法的基礎上,提出了一種可提高超聲波液位計中傳播時間測量精度的時間測量方法,即頻差一相差一時差法。總結出了這種測時方法的原理,並根據該種測時方法對相位檢測精度要求較高的特點,通過實驗對兩種高精度測相方案進行了比較,確定使用其中一種切實可行的測相方案。 4、實現電路的設計 設計出了利用頻差-相差-時差法實現對超聲波傳播時間測量的完整測時方案。提出將整個設計中的核心部分一相位差的測量利用芯片實現。將一個複雜的電路集成到一個數字芯片中,提高了測量精度,簡化了設計電路,減小了係統的體積,提高了係統可靠性。 5、線性調頻技術的應用 針對液位測量,提出將線性調頻技術應用到超聲傳播時間測量中的完整方案,設計了實現該方案的係統框圖,詳細分析了各組成部分的工作原理。最後,對該種方案的測時精度以及影響測時精度的主要因素作了係統分析。
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