一种高精度超声波测距仪的设计与实现

在传统超声波测距基础上，结合硬件和软件两方面的控制，提出一种高精度超声波测距系统。在超声波发射部分创新性的使用MAX232芯片，缩小盲区；在信号放大部分添加时间增益补偿(TGC)电路，有效地解决远距离回波信号过于微弱而导致系统测量量程减小的难题；在接收部分采用双电压比较器整形电路并结合软件设计纠正回波前沿的方法来提高测量精度。同时在硬件上增加温湿度传感器SHT11，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正，实现实时声速测量的功能，以降低声速变化对测量的影响。实验表明，该测距仪的设计能够实现减小盲区，增大量程（2cm-4m），量程范围内误差控制在6mm以内的高精度测距要求。     

一种高精度超声波测距系统的设计

提出一种基于STM8S单片机控制的超声波测距系统的设计方案.在分析超声波测距产生盲区和误差原因的基础上,设计时间增益补偿电路和峰值时间检测电路,并使用电容触摸按键代替机电开关,确保正确捕捉回波的到达时间,提高测距精度.试验验证表明:该系统在2.5~10m范围内测距误差不超过0.25%.     

一种大角度范围的高精度超声波测距处理方法

针对移动机器人超声定位中超声收发传感器角度偏向造成的测距精度下降,本文提出了一种基于归一化波形参数特征修正的超声测距系统.传统的增益控制、可变阈值等抗起伏措施对抑制传播过程中的幅度起伏造成的测距误差效果较好,但如果传感器角度偏向使波形发生畸变,此类方法仍将造成较大误差.本文通过对传感器角度偏向造成接收信号波形畸变及测距精度下降的理论分析及实验研究,建立了超声接收信号归一化波形特征脉宽与前沿变化的关系,设计了基于单片机实现误差校正的大偏向角高精度超声波测距系统.测距实验结果表明本系统显著减小了传感器角度偏向引起的测距误差,在不同的距离上使测距精度平均提高了1.6%,同时具有成本低、使用简单、方便的特点.     

一种高精度的超声测距系统实现方法

为了减小超声波测距系统的测量盲区,提高测距精度,本系统采用收发异体模式,以高斯脉冲调制信号作为超声波的发射信号,通过调节高斯信号的脉冲形成因子,改善发送信号波形,使其具有更好的抗干扰能力.在接收端,采用相关算法检测回波到达时刻,在不需要增加额外硬件电路的基础上,即可实现高精度的测距功能.实验结果表明,本系统具有良好的测距效果,系统稳定,测距精度达到1mm,相对误差在1.5%以内,无测量盲区.     

基于DSP和单片机的超声波测距系统

设计了一种新型的超声波测距系统,系统以单片机和DSP为双控制核心,提出以单片机控制,利用包络检波,微分过零点检测电路确定回波包络峰值点时间。粗测得到误差为一个波长以内的测距结果。之后采用DSP控制进行FFT精测相位差,将粗测和精测的结果进行数据整合,实践证明这种方法有效地提高了测距的精度。     

基于自适应滤波的超声波高精度测距系统

超声波测距在兵器装备中具有广泛的应用,应高次非球面加工机床项目要求,超声波测距精度须达到1 mm,如何提高超声波测距系统的测量精度成为了亟待解决的问题,针对现有的超声波测距测量精度不高的特点,提出了一种基于自适应滤波算法的估计超声波渡越时间的方法,并利用现有的超声波测距经验模型,达到超声波高精度测距的目的.     

智能超声波测距系统的设计

超声波测距系统在不同应用场合,对测量的精度要求不同.通常使用的超声波测距系统一般误差较大,不能满足某些工业场合的测量要求.设计与研制的超声波测距仪,考虑了温度对超声波传播速度的影响,不仅增加了智能播报功能,具有更高的精度;而且使用更方便,应用场合更广泛.     

基于超声测距的随钻井径测量系统设计

 传统电缆测井的机械多臂井径仪在高速旋转的随钻条件下难以完成测量,而基于超声测距的随钻井径测量系统,具有利用超声测距的非接触、速度快、信息处理简单、抗干扰能力强等优点,通过采用3个换能器等角距圆周分布,在存在“偏心”时可有效测量井径以及井筒轴心到仪器轴心的距离矢量。本文借鉴国内外现有超声波随钻井径测量系统及技术经验,设计了以单片机为核心的模块化超声随钻井径测量系统。从超声换能器特性、硬件电路以及程序控制3个方面入手进行协同设计,精度高、具偏心修正功能。根据理论计算和超声换能器产品参数特点,采用1MHz的超声换能器进行测距。采用增益可编程的反射波信号检测电路,通过多次增益校正,使得首个反射波信号前沿被比较器捕捉到,把超声波传输时间检测精度提高到一个换能器振荡周期以内,有效提高了测距精度,实现高速高精度测量与井径计算,其测量精度达到毫米量级。     

基于TDOA的超声波测距误差分析与改进

基于TDOA的超声波测距模型认为距离为声波的速度与时间差之积,忽略了温度等因素对速度的影响,此外,系统计时的误差影响了时间差测量,导致测距精度不高.分析了基于TDOA原理的超声波测距系统误差的主要来源,建立模型,通过实验对温度、距离衰减及时间差测量进行补偿,利用超声波反射特性对障碍物进行测距,并利用多探头在一定程度上削...     

基于EC-TDOA和ZigBee技术的室内超声波定位系统

目的研究室内定位方法机理,解决室内目标高精度定位的问题.方法设计了一种基于测距的室内定位系统,该系统采用测量射频信号和超声波信号到达时间差的方法测距并引入校正因子减小测距误差,通过极大似然估计定位方法计算目标位置,运用ZigBee制作节点模块组成网络实现对室内目标的定位.结果在测距实验中,EC-TDOA测距结果的误差小于0.02 cm,满足测距精度要求.在定位实验中,最大定位误差和平均定位误差分别为4.3 cm和1.64 cm,而定位误差在2.5 cm以内的比例达到90%.定位频率为20 Hz,满足实时定位的要求.结论系统在室内环境中实现对超声波信号覆盖范围内移动节点的定位,通过测距校正有效提高定位精度.系统具有较强的容错性和自适应性..     

驻波管中介质板复透射系数的修正计算方法

为提高驻波管中复反射、复透射系数测试精度,基于驻波管中四传感器法,分析了透射管内透射反射波对测试精度的影响,推导出经修正的单层和多层介质板的复反射、复透射系数计算公式.通过对有机玻璃的测试,比较了透射管开口末端和吸声末端对测量结果的影响;通过对海绵与人造革复合结构的测试,比较了声波正、反向入射对复透射系数的影响.实验结果表明,修正公式能够提高驻波管中单层或多层介质板的复反射、复透射系数测试精度,降低对透射管末端吸声性能的要求.对多层均匀介质板,正、反两方向上的正入射复透射系数相同.     

一种新的采用LFM波的超声液位测量技术研究

超声是液位测量的主要技术之一,但传统的超声液位测量技术在测量准确性等方面还存在不足.研究表明优化系统发射波形可以明显提高测量的准确性和距离分辨力.采用线性调频(linear frequency modulated,简称LFM)波形发射及回波信号能量压缩、优化测量系统、引入渡越时间修正量,形成一种新的超声液位测量技术,并进行实验验证.实验结果表明:液面静止状态下,线性调频波激励方式渡越时间修正前与修正后的测量绝对误差比单脉冲激励方式最少减小分别为0.595 mm和1.52 mm;液面波动状态下,线性调频波激励方式渡越时间修正前与修正后的测量均方误差比单脉冲激励方式最少减小分别为0.487 mm和1.39 mm.     

一种最优码宽的Barker码超声测量技术研究

超声编码发射技术是一种有效的提高超声测量精度的方法。本研究通过实验验证,提出了在超声测量中,采用最优码宽的13位Barker数字编码激励并结合匹配滤波解码压缩的方法替代传统的单脉冲激励的方法,通过对回波信号能量压缩以及对测量系统的优化,并且在实验的基础上加入渡越时间的修正量,形成了新的超声液位测量技术,并通过实验进行验证。仿真和实验结果表明,液面静止状态下,巴克码激励方式渡越时间修正前与修正后测量绝对误差比单脉冲激励方式分别最少减小0.631mm和1.617mm;与传统的单脉冲测量在分辨率、信噪比等方面比较,编码激励技术能有效地改善超声测量的精度,具有较强的实际应用价值和市场前景。     

超声波在空气温度场重建中的应用

超声波在空气中的传播速度会随着空气温度的变化而变化,利用超声波穿越被测温度场区域的平均速度场,可以重建对应区域的平均温度场。提出了一种易于实现的超声波重建二维温度场的方法,在被测温度场周围布置8个收发一体的超声波传感器,并将被测温度场划分为24个小区间,由超声波通过每个小区间的平均速度值获得各小区间的平均温度,以该温度值作为小区间中心点的温度并进行插值,从而重建整个被测区域的温度场。     

液氮泄漏对超导电缆管线槽混凝土物理力学性质的影响

高温超导输电技术利用液氮冷却辅助系统将超导电缆本体冷却至超导临界温度，实现导电体的大电流传输，具有低损耗、高效率、大容量输电的优点。针对高温超导电缆管线槽面临的极低温冻融作用问题，对不同冻融次数的C25混凝土开展超声波检测试验、单轴抗压强度试验与核磁共振试验。试验结果表明，冻融循环作用导致的混凝土超声波波速下降与抗压强度恶化集中在冻融初期，且混凝土超声波波速与单轴抗压强度均随着混凝土冻融次数的增加而逐渐降低；混凝土在经历4次液氮冻融后，超声波波速最大下降比例超过13.6%，之后趋于稳定；混凝土的抗压强度等级最大降幅超过28%，不同冻融循环次数的混凝土破坏形态基本同常温；最后结合核磁共振试验，从微观结构分析了C25混凝土孔隙特征随冻融次数的变化规律，随着冻融次数的增加，造成混凝土内孔隙比以及大孔数量的增加，使得混凝土内的密实度降低，造成混凝土冻融初期超声波波速与混凝土单轴抗压强度的降低。     

激光全息云纹干涉法测定高温合金材料断裂特性的试验研究

采用激光云纹干涉装置对航空高温合金材料在高温下的断裂韧性进行了测试。利用电化学方法直接在被测试件表面刻蚀零厚度光栅，拓展了高温合金云纹干涉法的研究空间，应用4f成像系统构成傅立叶光学滤波光路，进一步改善了莫尔(Moire)条纹的图像质量，提高了云纹干涉法的测量精度。     

激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析

利用激光诱导产生的多种模态超声波的波速反演金属铝板的弹性常数.实验中将脉冲激光聚焦成线源在铝板表面诱导超声波,采用双通道非接触接收表面波的时域信息并测算其速度.在有限元分析中,将激光等效为时间和空间上均满足高斯分布的脉冲载荷,建立热力耦合分析模型对激光诱导超声波的过程进行模拟,提取超声信号的时域信息并计算表面波和纵波速度,利用声弹性方程得到铝的弹性常数.数值结果与理论值相吻合,表明建立的激光超声力学模型能够有效模拟激光诱导超声波的物理过程,为进一步利用激光超声技术研究材料力学性能提供了依据.     

机械传动系统的智能感知技术

本文综述了传动系统关键零部件智能感知技术的发展状况,包括振动和润滑接触状态监测,以及封闭金属箱体内外的超声通信技术.振动监测主要通过嵌入系统内部的微加速度传感器及无线通信技术来实现;润滑接触状态包括压力、温度分布及油膜厚度,其中压力和温度分布测量主要利用接触式的金属薄膜电阻传感器,油膜厚度监测可以通过接触式电容方法或者非接触式超声方法.由于封闭金属箱体会屏蔽电磁信号,迫切需要实现基于机械波的箱体内外双向通信.同时,本文简要介绍了课题组开发的齿轮振动和应变无线监测系统,实验结果表明内部感知信号能够清晰地体现转速和啮合信息,从而反映传动系统的实时运行状态.