TDR型液位自動監(jiān)測儀信號處理與研究.pdf

1、近年來，隨著我國電子工業(yè)的迅速發(fā)展，液位測量技術(shù)也在飛速地發(fā)展，向著更高精度和更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。本文在分析了幾種現(xiàn)有的液位測量傳感器的性能、液位測量信號處理方法的基礎(chǔ)上，提出了利用時域脈沖反射技術(shù)（TDR）的液位測量技術(shù)，并研究了基于此技術(shù)研制的液位自動監(jiān)測儀的液位測量信號處理方法。 我們研制的TDR型液位自動監(jiān)測系統(tǒng)具有高精度、算法靈活、性能可靠、適用面廣和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。本論文的任務(wù)之一就是針對本系統(tǒng)液位測量信號的算

2、法研究，以及完成測量數(shù)據(jù)的分析處理，液位測量信號的標(biāo)定，以滿足系統(tǒng)對復(fù)雜環(huán)境下液位測量信號處理的精度要求。論文主要工作包括以下內(nèi)容： （1）根據(jù)TDR型液位監(jiān)測系統(tǒng)測距原理，針對液位測量信號受噪聲影響的特點(diǎn)，分析了TDR測量信號的特點(diǎn)，對實(shí)際測量信號易受隨機(jī)噪聲影響的特點(diǎn)，給出了兩種信號消噪方法，F(xiàn)FT法和小波閾值消噪法，通過仿真模型的結(jié)果比較，得出利用小波閾值消噪法具有更高的精度。提出了采用db4小波基對信號分解4次的小波閾值

3、去噪方法，得到了對原始信號濾波處理的最佳消噪算法，使用非線性最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，優(yōu)化了小波閾值去噪的效果，并基于LabVIEW與MATLAB混合編程的思想實(shí)現(xiàn)了相關(guān)算法的仿真。系統(tǒng)測試顯示基于此方案的液位信號分析獲得了較高的測量精度，取得了良好的測試結(jié)果。 （2）如何提高TDR型液位監(jiān)測系統(tǒng)的測量精度，是本論文研究的另一個重點(diǎn)。為提高系統(tǒng)測量精度，本文中對影響測量精度的溫度、零點(diǎn)漂移提出了軟件解決方案，并介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計上

4、一項(xiàng)關(guān)鍵的部分——時間間隔展寬模塊，通過這一模塊將ns級信號在時域上展寬了106倍變成了ms級信號，從而提高系統(tǒng)液位測量的距離分辨率，實(shí)現(xiàn)液位測量的高精度要求。 數(shù)據(jù)處理模塊中，針對液位信號采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理，包括剔除因測量環(huán)境影響引起的異常數(shù)據(jù)，對由溫度引起的主要的系統(tǒng)誤差提出了解決方案，最后運(yùn)用穩(wěn)健高效的截尾均值法來消除測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差。 （3）對液位高度的標(biāo)定算法進(jìn)行了改進(jìn)，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，簡單地用分段線性插值法

5、的算法精度比較低，而拉格朗日插值法在一點(diǎn)插值時雖然計算方法較為簡單，但是如果以后在測定液位容積時，高次插值會出現(xiàn)“龍格”現(xiàn)象，因此在綜合比較了之后，本文提出了利用三次樣條插值法，不僅不會出現(xiàn)拉格朗日高次插值存在的病態(tài)性質(zhì)，而且保證了插值節(jié)點(diǎn)處的光滑度，這種方法在精度上比原來的方法有了很大提高，尤其是在以后計算液位容積曲線時具有較高的精度。 系統(tǒng)軟件部分采用Delphi語言編制，包含了算法實(shí)現(xiàn)、通信、顯示以及監(jiān)控中心主機(jī)測量及整體