提高超聲波液位計(jì)測(cè)量精度的研究方法

提高超聲波傳播時(shí)間測(cè)量精度是提高超聲波液位計(jì)測(cè)量精度的關(guān)鍵。但要想顯著提高超聲波的測(cè)時(shí)精度并不容易：由于超聲波在液體介質(zhì)中的傳播的速度一般在1500m／S左右，在進(jìn)行液位測(cè)量時(shí)，若要精確到毫米級(jí)，則測(cè)量時(shí)間誤差應(yīng)在微秒范圍內(nèi)；在進(jìn)行流量測(cè)量時(shí)，在實(shí)測(cè)的管道中，流體的流速一般在0~20m／s范圍內(nèi)，所以此時(shí)的時(shí)間差通常在數(shù)納秒至微秒之間，若要求測(cè)量精度在1％以內(nèi)，則測(cè)時(shí)分辨率要在0.000000001以上，所以，一般測(cè)時(shí)方法很難達(dá)到。 總結(jié)歸納了現(xiàn)存的多種測(cè)超聲波傳播時(shí)間的方法，分析了各測(cè)時(shí)方法在提高測(cè)時(shí)精度方面存在的缺陷，并在此研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)液位計(jì)對(duì)測(cè)時(shí)精度的要求不同提出了兩種不同的時(shí)間測(cè)量方法：

1、線性調(diào)頻技術(shù)與超聲技術(shù)相結(jié)合的用于液位測(cè)量的測(cè)時(shí)方法；

2、專用于流量測(cè)量的頻差-相差-時(shí)差測(cè)時(shí)方法。具體研究方法如下：

(1)基礎(chǔ)性研究 研究了超聲波液位計(jì)的測(cè)量原理，通過(guò)對(duì)測(cè)量原理的研究，更加突出了提高測(cè)時(shí)精度對(duì)提高整個(gè)測(cè)量精度的重要性。

(2)分析了多種現(xiàn)存的超聲傳播測(cè)時(shí)方法 研究了門限脈沖法、三傳感器法和時(shí)差-相差-頻差-時(shí)差測(cè)時(shí)方法的測(cè)時(shí)原理。通過(guò)對(duì)各種測(cè)時(shí)方法的分析比較，找出了各測(cè)時(shí)方法在提高測(cè)時(shí)精度方面存在的不足與缺陷。

(3)直接測(cè)相間接測(cè)時(shí)方案 在傳統(tǒng)測(cè)時(shí)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種可提高超聲波液位計(jì)中傳播時(shí)間測(cè)量精度的時(shí)間測(cè)量方法，即頻差一相差一時(shí)差法。總結(jié)出了這種測(cè)時(shí)方法的原理，并根據(jù)該種測(cè)時(shí)方法對(duì)相位檢測(cè)精度要求較高的特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)兩種高精度測(cè)相方案進(jìn)行了比較，確定使用其中一種切實(shí)可行的測(cè)相方案。

(4)實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)出了利用頻差-相差-時(shí)差法實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波傳播時(shí)間測(cè)量的完整測(cè)時(shí)方案。提出將整個(gè)設(shè)計(jì)中的核心部分一相位差的測(cè)量利用芯片實(shí)現(xiàn)。將一個(gè)復(fù)雜的電路集成到一個(gè)數(shù)字芯片中，提高了測(cè)量精度，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)電路，減小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)可靠性。

(5)線性調(diào)頻技術(shù)的應(yīng)用 針對(duì)液位測(cè)量，提出將線性調(diào)頻技術(shù)應(yīng)用到超聲傳播時(shí)間測(cè)量中的完整方案，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)該方案的系統(tǒng)框圖，詳細(xì)分析了各組成部分的工作原理。后，對(duì)該種方案的測(cè)時(shí)精度以及影響測(cè)時(shí)精度的主要因素作了系統(tǒng)分析。

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