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。     

二相编码信号发射的超声液位测量误差分析

二相编码信号发射的超声波液位测量不仅可以改善测量的准确性,而且能够增强测量系统的抗干扰性能.研究表明优化测量系统的发射信号波形可以明显提高测量精度和改善系统稳定性.采用Barker二相编码信号作为发射信号、压缩回波信号能量、优化信号处理、引入测量误差补偿,形成一种新的超声液位测量方法,并进行仿真验证.仿真结果表明:使用自适应白化滤波器、相关处理技术和最小二乘法曲线拟合,对测量结果进行修正,可以减小Barker码激励的超声液位测量误差,提高测量准确性.     

混凝土骨料粒径对弹性波特征参数衰减影响研究

混凝土的物料组成影响着弹性波特征参数的衰减规律,该规律的研究对于提高工程安全检测精度意义重大.以0.1～0.25 mm,0.5～1 mm,1～2 mm和2～5 mm粒径的砂为骨料制成板状混凝土试件,利用声发射测量系统记录不同传播距离处的信号全波形,分析骨料粒径对弹性波衰减过程的影响机制.结果表明:弹性波的幅值按负指数函数衰减,衰减系数分别为0.04375,0.02579,0.02185,0.01871,即骨料粒径越小,则幅值的相对衰减速度越快;弹性波能量衰减规律也符合负指数函数,粒径越小,则能量衰减速度越快;弹性波的衰减速度与频率密切相关,随传播距离的增加,信号主频和频谱重心均近似线性下降,即高频信号部分衰减更快;此外,声发射信号振铃计数大致呈对数函数衰减.     

基于PDChirp-Golay信号的编码激励算法

线性调频信号编码激励超声成像算法旁瓣过高,针对这个问题,提出一种基于幅度加权的预失真线性调频信号调制Golay码(PDChirp-Golay)编码新方法.该方法将线性调频发射信号采用预失真处理,可以补偿超声探头对发射信号的影响,使回波信号的带宽增大,提高轴向分辨力,并同时消除发射信号幅频特性的菲涅耳波纹,实现旁瓣抑制;...     

伪随机编码调制线性调频波的MIMO超声测量方法

结合稀疏阵元阵列MIMO成像方法和通信中的码分多址技术,提出一种采用平衡Gold伪随机码调制线性调频波(平衡Gold-LFM)发射的MIMO超声测量方法。通过优化设计传感器阵列,使多个阵元同时发射、多个阵元同时接收,接收的信号经过通道分离后进行波束形成。仿真实验表明平衡Gold-LFM复合信号具有较好的相关性,有利于回波信号的通道分离和测量准确性的提高。进一步仿真的统计表明:平衡Gold-LFM复合信号MIMO超声测量方法的测量误差在0.08mm范围内波动,同时在信噪比低至-30dB的条件下仍能可靠工作。这些仿真证实所提超声测量方法不仅可行,并能够进一步提高测量准确度。     

发射调频信号提高医学超声图像的信号噪声比

为了提高医学超声图像的信号噪声比，研究了调频超声发射的成像方法．该方法发射具有包络的线性调频超声，在不提高发射声压的情况下增加了发射能量，接收超声解调后形成图像信号．利用超声传感器的冲激响应模型和调频信号成像的调频解调原理，进行了超声成像的仿真研究．仿真结果表明：发射调频信号形成的图像与发射普通脉冲形成的图像相比，信噪比大致提高10dB．利用自行设计的调频信号发射超声成像实验系统，得到了仿体的B型超声图像．结果显示：该方法使图像信噪比提高大约5～8dB，随着成像深度增加，该方法的优势更加明显．     

不同编码激励的超声气体流量测量性能对比

对比研究了13位巴克码、2周期7位m序列(均为二进制相位调制)和线性调频3种典型脉冲压缩编码激励下,超声流量测量系统的性能.对接收信号进行脉冲压缩处理后,测得流速与横河1.0精度等级的涡街流量计读数比对,以评估其测量性能.结果表明,m序列激励下脉冲压缩输出旁瓣远高于理论值,而巴克码和线性调频激励时,旁瓣与理论值相差不超...     

波形对气象雷达探测的影响研究

对于雷达系统来说,发射波形决定了雷达系统的信号处理方式,因此发射的波形对于雷达系统来说十分重要。常规的气象雷达波形单一,在气象探测中存在不足;基于这个问题,从改变气象雷达波形的角度出发,研究波形对气象雷达探测的影响。分别从脉冲压缩后主旁瓣比、波形对雨量的衰减程度以及多普勒效应方面对三种波形进行仿真和分析,得出当降雨强度为中雨以上和小雨时分别采用线性调频波形信号和13位巴克码波形信号进行探测较为理想,当降雨强度在短时间内变化较大时则采用组合波形信号探测较为合适。     

一种用于多界面大声程目标体的超声检测电路

多界面大声程目标体检测是超声检测中的难题,由于声程长、反射界面多,导致有效检测声能的大幅衰减,以致常规超声收发系统无法胜任该项工作.针对这一问题,本文设计了一种用于多界面大声程目标体的超声检测电路,该系统发射电路利用555定时器产生长延时的控制脉冲,对电容进行充放电控制,得到超声换能器的高能长延时激励脉冲,回波接收电路主要由电压跟随器,两级放大电路和带通滤波电路组成,以便有效接收回波信号.通过1 500mm钢管液位测量实验得到系统测量的平均相对误差为0.47%,表明该设计对于多界面大声程超声测量具有较高的精度.     

数字超声电视测井系统的几个参数分析

本文分析了数字井下超声电视系统中影响系统性能的几个主要参数,其中包括距离测量误差、系统的裂缝分辨力、超声换能器的副瓣影响以及声波的传播损耗等.距离测量误差主要取决于时间测量精度,在正常条件下系统的平均距离检测误差可达0.3mm.裂缝分辨力与波束粗细和系统增益有关;系统的最高分辨力约为1mm.文中还分析了如何消除声波副瓣的影响等.本文分析的结果不但对于研制与应用数字井下超声电视有指导意义,而且对于超声技术的其它工业应用亦有参考价值.     

基于电磁波及超声波联合测距的井下定位方法

研究煤矿井下电磁波、超声波联合定位方法,根据井下巷道的空间结构特点,由锚节点和网关节点形成无线传输网络,网关节点布置在巷道的端点,锚节点一字排开等间距吊挂在巷道顶部中央,使巷道内任意位置都至少有两个锚节点接收到移动节点发射的电磁波信号。 移动节点通过判别锚节点电磁波信号强度确定移动节点与锚节点的位置关系;移动节点采用基于超声波的TOF检测方法进行巷道横向测距,移动节点和锚节点节采用基于电磁波信号强度的对数-常态分布模型进行巷道纵向测距,最终确定移动节点的二维坐标。 仿真结果表明,提出的定位方法误差较小,超声波在巷道横向的测距误差很小,巷道纵向50 m范围内,最大误差不超过5 m。 联合定位方法使用少数锚节点获得高定位精度,可以应用于煤矿井下。      

超声测距系统的高精度中心椭圆算法

描述了基于新型驱动电路和低噪声程控放大器的超声测距系统.驱动系统的设计从硬件角度提高了回波信号的信噪比和稳定性.基于能量重心校正法和最小二乘法的原理,提出了一种改进型椭圆中心超声回波寻峰算法:通过曲线拟合搜索椭圆中心点,即回波信号能量集中点,进而找到回波信号的峰值点.测试比较证明,与包络线法和三次多项式法相比,此算法测量相对误差稳定在0.2%,适用高精度工业测量.     

长阻抗管过渡过程对于测量声学参数的影响研究

提出了用单传声器以扫频获得传递函数来精确测量长阻抗管末端试件声学参数的测量方法．用正弦信号代替随机信号作为测试信号，可以显的提高测量精度．但是对于长阻抗管，因为过渡过程时间较长，所以要消除过渡过程的不利影响．首先从理论上证明了冲击响应与扫频测量过渡过程时间之间的关系，接着提出根据冲击响应用施罗德积分来计算过渡过程时间的方法，然后从理论上分析了过渡过程时间与试件声学参数之间的关系，最后对多种试件进行测试，确定了过渡过程时间同声学参数之间的定量关系．理论分析和实验结果都表明，长阻抗管过渡过程时间随着试件吸声系数的增加而减小．为了保证测量精度，需要合理设定测量系统的延迟时间，以避免过渡过程的不利影响。     

食品工业高精度液体浓度测量仪的设计

针对食品工业液体浓度实时测量的要求,利用水声学中回鸣环声速测量技术,分析了影响声速测量误差的因素,以及温度对声速测量的影响,设计了一种供啤酒和乳品使用的高精度液体浓度测量仪.该仪器经纯水标定,对声速的测量误差可小于2cm/s,从而保证了液体浓度的测量.     

基于混合优化算法的关节臂式测量机参数标定

为进一步提高关节臂式坐标测量机等高机动性精密测量设备的测量精度,使用D-H矩阵法建立其关节坐标转换数学模型并据此推导出参数误差模型.针对非线性多参数标定问题,通过变换分析消除了最小二乘法求解时矩阵中的冗余参数,降低了计算的复杂性.设定判定准则并实现最小二乘法和模拟退火算法的混合,提出了一种基于混合优化算法的参数标定方法,解决了LM算法的初值设定和SA算法的搜索效率逐步降低的问题.实验结果表明:关节臂式测量机参数经混合优化算法标定后,参数的误差范围有了显著的缩小,单点重复性误差的平均值减小了1.746 mm,长度误差的平均值减小了0.941 mm,测量误差得到了进一步的抑制.     

超音波法与敲击回音法检测钢筋混凝土梁柱接头

本文用超音波法及敲击回音法分别以斜向对打量测实体柱、不同厚度之块状试体、十字形试体及实体梁柱接头之压力波波速值,并与上述各试体之超音波直接对打量测的压力波波速值作比较,以评估斜向对打量测波速压力波之准确性,藉以探讨以斜向对打量测波速压力波值来检测梁柱接头混凝土质量之可行性.试验结果显示:超音波法于面宽40 cm之实体柱量测,当接收器偏距大于40 cm时,其波速值会明显下降;但敲击回音法以直径3 mm钢球作敲击源,接收器偏距超过70 cm波速值才会呈现下降趋势,以直径6mm钢球做量测则接收器偏距可达100cm,若以直径9mm钢球或铁锤做量测,接收器偏距达300 cm时,波速值仍未呈下降趋势.各试体之试验结果皆显示,超音波法之量测波速值基本上随接收器偏距增加而下降,但敲击回音法之波速值却不受偏距影响,其波速值与超音波直接对打值比较,误差皆在±3%以内.     

一种基于AT89C52的自动雨量站的研制

在超声探头(5P14)上施加一负电压脉冲信号,探头发出脉冲超声波,当遇到不同介质界面的时候超声波被反射,回波信号被超声探头接收,转换成脉;中电压信号,利用AT89C52单片机的捕捉功能来计算超声波回波与发射波之间的时间,进而计算出超声波在液体中传播的时间;利用数字温度计DSl820采集温度信号,用该信号可准确计算超声波的传播速度,实现对液位的精确测量。测量误差小于0．1mm(雨量小于10mm时),优于0．5％(雨量大于10mm时).