脈沖壓縮編碼激勵超聲氣體流量測量研究.pdf

1、傳播時間法超聲氣體流量測量的關(guān)鍵技術(shù)之一是精確檢測超聲信號順、逆流傳播時間差。本文借鑒雷達領域的脈沖壓縮技術(shù)，針對機械波(超聲)相對于電磁波(雷達)的特殊性，提出了一種“脈壓編碼+相關(guān)測時”的超聲流量測量方法。經(jīng)典信號檢測與估計理論分析、Matlab仿真及實流實驗結(jié)果均表明，低信噪比時，相關(guān)處理較門限電平法有更高的正確檢測概率，而編碼激勵較傳統(tǒng)單脈沖激勵有更低的時延估計標準偏差。
　　開發(fā)了基于FPGA的編碼激勵超聲流量測量平臺，

2、并詳細介紹了各構(gòu)成模塊的實現(xiàn)方法及時序關(guān)系。系統(tǒng)配置靈活，改變少數(shù)參數(shù)就可產(chǎn)生各種編碼類型、各種帶寬的二進制相位編碼(2PSK)信號，還可產(chǎn)生不同時寬帶寬積的線性調(diào)頻(LFM)信號。
　　根據(jù)壓電換能器電聲暫態(tài)效應理論建立了二進制相位編碼(2ASK)超聲流量測量系統(tǒng)模型，給出了2ASK編碼的一般步驟和測試波形。實流實驗結(jié)果表明，2ASK激勵下的超聲信號形狀受壓電超聲換能器和傳播信道(流體介質(zhì))影響，在2.5~16m/s的流速范圍內(nèi)

3、，最大誤差達39.4％，最大重復性達3.33%。
　　系統(tǒng)地研究了包括2PSK和LFM在內(nèi)的相位調(diào)制實驗。重點討論了相關(guān)時延估計環(huán)節(jié)的基準信號選擇問題，提出使用順、逆流零流速接收信號的雙基準，可有效補償超聲換能器和放大濾波電路造成的延遲；成對回波理論定性分析表明，壓電換能器會引入系統(tǒng)失真，導致脈沖壓縮峰值偏移及流速測量誤差；在標準表法氣體流量實驗裝置上進行了流速范圍3.0m/s~18.9m/s的管道實流實驗，結(jié)果表明時延估計性能隨

4、回波混疊程度增大而降低；先相關(guān)后取包絡，可充分利用載波的精細化結(jié)構(gòu)和較完整的信號信息，流速的平均讀數(shù)誤差約為先取包絡后相關(guān)方法的1/2，標準偏差約為其1/3。峰值模糊性導致較高流速時(18.9m/s)，最大誤差達30%，標準偏差2m/s，引入適當?shù)姆蔷€性處理技術(shù)，如加窗峰值搜尋和時間/空間中值濾波，上述指標分別降至3.3%和0.35m/s；以流速測量的標準偏差和讀數(shù)誤差為指標，對比研究了編碼激勵的類型、周期數(shù)和帶寬等參數(shù)，發(fā)射功率相同條