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超声波物位传感器设计与测距算法研究

李云龙  
【摘要】:在工业测量领域,超声波测量物位是一种经常采用的非接触式的测量方法。本文围绕着超声波物位传感器的软、硬件的设计,进行了认真细致的研究,并探讨了三种不同的处理超声波信号的算法,最后对所设计的传感器进行了静态特性标定实验。 本文在调研国内外超声波物位传感器研究现状的基础上,简要介绍了超声波的物理特性、传播原理和超声波换能器的相关技术指标。通过对比常用的超声波物位测量原理,确定了本文的测距方法和总体设计思路。在硬件电路设计方面,对两种基于不同集成电路方案的超声波发射与接收硬件电路进行详细的说明和设计;重点介绍了脉冲变压器驱动电路及其与换能器的匹配原理;简要阐述了微处理器电路、温度检测电路和LCD显示电路的设计方法和电路结构。在软件设计方面,介绍了微处理器端口引脚管理方法和PCA捕捉模块的程序设计;重点阐述了超声波物位测量系统的总体工作流程及程序设计。之后论文结合超声物位传感器回波信号的特点,分别用互相关法、NLMS法和小波分析法的对实际超声信号进行了处理和分析。最后分别对两种不同电路方案的超声物位传感器进行了静态特性标定,并求出了各自的静态特性参数。 标定实验结果表明,两种不同电路方案的超声波物位传感器都具有测量数据准确,线性度高,重复性好,迟滞小等优点。仿真测试表明互相关法能避免噪声干扰,提高系统的稳定性,更适合解决大距离测量时稳定性问题。


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