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喷流耦合式位移传感器及其高精度测量装置的研究

王玉辉  
【摘要】: 本课题研究的是一种新型微位移传感器及其测量装置。它用超声波原理进行检测,以喷流的水柱作为超声波传播的介质。因为水柱不仅是超声波传播的良好介质,还可将被测物表面的粉尘、水汽、油膜等杂质吹走,使系统具有良好的环境适应能力。在恶劣环境下进行位移测量时,该传感器具有其他仪器不可比拟的优越性。 位移是超声波传播的速度与超声波从发到收传播的时间相乘的结果。考虑到声速会随介质——水的温度的升高而增大,设计时进行了实时温度补偿,提高了系统的精度。 主机使用新型高性能、低功耗、RISC结构、内载FLASH的单片机Atmega161。Atmega161具有1K字节RAM,512字节EEPROM,16K字节FLASH,并凭借其高速,非易失性的特点而被迅速推广应用。Atmega161带有一个全双工的通用串行异步收发器,可方便的与多台仪表进行通讯,从而实现分布式测量系统。 在数据采集电路中采用了高速复杂可编程逻辑器件CPLD技术,芯片内设计有高速双端口RAM、控制采样时序逻辑及CPU接口、总线等电路,采样速率高达80MHz,采样深度1K字节,很好地解决了超声波微位移传感器软件算法对采样的要求,并可实现在线升级,大大提高了系统的整体性能。 在该设计中提出了全新的回波基准点位置判据,实现了高精度时间测量。 本文介绍了测量原理、传感器结构设计、硬件电路设计、软件功能设计以及自适应波形分析算法。


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