提高超声波流量计量精度的方法

时差法超声波流量计通过检测换能器发射和接收的超声波信号的传播时间信号,实现流量的计量。超声波换能器的谐振频率及超声波信号传播过程中相位和幅值的变化等因素,会影响对超声波信号到达时间的准确计量,从而影响流量测量的精度。准确计量超声波信号的到达时刻是提升时差法超生波流量计的计量精度的关键之一。针对换能器发射和接收超声波信号的处理和获取电路进行了设计和分析,得出了实验结果和实验数据,对实验结果给出了实验分析和结论,并通过软件算法给出了进一步提高测量精度的方法。     

液位测量中的信号采集与处理

在超声波探头上施加一电脉冲信号,探头发出超声波,在遇到不同介质界面时被反射,超声波探头接收回波并将之变为电脉冲信号。利用P89LPC935的捕捉功能测量发射波和回波之间的时间间隔,通过环境温度测量准确测量出超声波传播速度,进而测量出超声波的传输距离,通过这种方法测量出液位高度。     

基于嵌入式系统STM32的超声波介质传输速度测试系统的设计

本测试系统由微控制器(STM32F103ZET6)、测温系统、超声波发射电路、超声波接收电路、显示系统等部分组成。先产生40KHZ的方波信号,再通过信号调整电路送到超声波发射探头。再通过对超声波接收探头采集到的回波信号进行整形并送入MCU控制器进行处理得到所需数据,并通过显示模块显示。通过温度传感器采集环境温度,并通过STM32F103ZET6控制器对采集温度传感器的信号进行处理分析,得到环境温度,并通过显示模块显示。并在不同温度下,实现了超声波在空气和水中传播速度的测量。     

小波降噪在混凝土超声波检测中的应用

超声波法是混凝土无损检测的一种重要方法。在超声波法检测混凝土试验中,采集的超声波信号含有大量噪声和干扰成分。针对以往传统降噪方法存在去噪不彻底、不能完全保留有效信息以致产生误判的问题,提出采用小波降噪方法用于超声波信号的去噪。试验及仿真结果表明,采用小波降噪方法保留了超声波的有效特征,使原始信号中的噪声和干扰得到抑制,提高了信噪比,在混凝土结构监测与诊断中发挥重要作用。     

基于TDOA的有源RFID定位系统

设计并实现了采用MSP430单片机和CC1101射频芯片,基于超声波和射频到达时间差的低功耗、高精度的室内定位系统,用于待定位标签的定位和追踪。系统主要采用超声波收发分离的方式,电子标签首先发送射频信号探寻信号范围内的阅读器数量,确定阅读器的数量后,再给阅读器发送一个射频信号,发出射频信号的同时,发送超声波信号,阅读器启用定时器计算接收到射频信号与超声波信号之间的时间差,并将数据传送给中心控制主机,控制主机通过三个圆相交于一点的方式计算出待定位标签的位置,并通过MFC程序图形化显示出来。实验结果表明,该系统具有较高的定位精度。     

基于预测法的超声波测距研究

提出了一种基于预测法的超声波测距方法,采用预测法实现超声波回波信号时间的检测,有效抑制了干扰回波信号和回波信号噪音的影响,显著提高了回波信号检测的可靠性和测量精度;采用ATmega8微处理器实现了预测法回波信号检测,并实现高精度的温度补偿的超声波测距装置,文中详细介绍了电路框图和软件流程图;实践证明具有测量精度高、对干扰回波的抑制能力强,满足了工业测距的要求。     

基于数字PWM的新型超声波电源的研究

介绍了一种基于数字PWM信号的超声波功率电源的设计.文中详细介绍了数字化超声波电源设计原理、数字PWM信号产生电路、功率放大电路、保护电路以及超声波电源与换能器的匹配和频率跟踪设计,并给出了系统软件设计流程.     

高温蒸汽灭菌器温度压强测量系统

设计了一种使用超声波信号通信的高温蒸汽灭菌器温度压强测量系统.系统利用超声波信号在刚体介质中的强穿透性穿透灭菌器金属壁.通过40 kHz与1 MHz两种频率信号代表不同数据位完成信息的传递.系统以STM32F103为控制器,通过外围电路驱动超声波换能器激发超声波,从而使外部换能器振动完成通信.介绍了误码处理算法与系统硬件构成.经测试,系统温度测量误差小于0.1℃,压强测量误差小于0.1％FS.     

四声道超声波流量计收发电路设计

介绍了超声波流量计的工作原理,设计出一种简单高效的四声道超声波驱动电路及回波接收电路.着重介绍了四声道电路的设计,信号接收电路采用集成芯片放大滤波,本系统主要应用于超声波气体流量计.实验结果表明.发射效率高、回波信号良好.     

基于微处理器的数字超声波流量计

研究设计了一种以微计算机处理器为核心，根据时差法原理来测量流量的数字超声波流量计，该数字超声波流量计具有测量精度高、测量范围大、工作稳定可靠的特点。具体的实现过程是利用信号相关的数字处理方法计算出超声波在流体中的上行信号和下行信号的时间差，从而可换算出所测量的流量值。实验结果显示，这种数字超声波流量计能达到很高的精度。随着数字处理技术和处理器件的发展，数字超声波流量计将具有越来越大的优势。     

基于LabWindows／CVI超声缺陷信号频谱分析的设计

为了避免超声时域检测法本身的局限性,超声频谱分析技术在无损检测领域中得到了广泛重视。由于被检测工件的缺陷回波会受到缺陷的形状、大小、性质等因素影响,即频谱特性中隐含了缺陷特性,既而可以通过频谱分析,作为缺陷性质的辅助判定。文中在超声信号频谱分析原理和实施方法的基础上,研究LabWindows＼CVI在超声缺陷信号频谱分析中的应用,并分析超声缺陷信号的频谱图,实现缺陷的定性和分类。本设计体现了虚拟仪器技术应用在超声检测领域中的优势,提高了对缺陷评价的客观性和可靠性。     

基于SOPC的高精度超声波温度计设计

根据在介质中超声波的传播速度随温度变化而变化的特点为设计原理,以基于Nios II处理器软核的可编程系统级芯片(SOPC)为控制核心,设计了高精度超声波温度计。在SOPC上同时实现了高频信号发生器模块、高速信号电路控制模块、信号自动采集控制模块以及Nios II软核处理器模块,缩小了体积,并降低了成本。传播时间的精确测量采用软件细分插补算法,经过理论分析和实验验证,该方法能够达到ns级超声波传播时间的测量,使设计的超声波温度计能够实现分辨率优于0.001℃的温度测量。     

基于临近听域超声波TDOA室内定位的实现

介绍了一种便于部署的超声波室内定位系统。通过普通高音喇叭可以发射的20~22 kHz超声波频段,本文实现了基于3个高音喇叭信号源的超声波到达时间差（Time difference of arrival,TDOA）的定位。普通手机通过麦克风采集该频段的超声波,经过信号处理后实现了高精度、低成本的室内定位。本文在定位系统中设计了发射端超声波定位声源的信号结构,并设计了接收端通过频率搜索和基于快速傅里叶变换的频域搜索的同步方法。同时本文还将一种修正秩-1拟牛顿法应用到了基于TDOA的定位场景中,并验证了在使用3个高音喇叭时该算法定位精度与经典的CHAN算法基本相同。实验中本方法采用了不同于以往的40 kHz超声波频段的定位方案,在使用普通手机接收的条件下,各次实验结果误差均低于9 cm。     

超声波传感器接收信号强度非对称性分析及对策

针对采用时差法测量流速时,超声波传感器顺、逆两向接收信号强度存在的非对称性、非均匀性问题,提出了一种改善超声波传感器性能的方法。根据超声波传感器的波束角、发声传感器与受声传感器的间距,分别计算出超声波沿着波束角中心线和外线到达受声传感器表面的时间,进而通过改进压电元件模块提出一种缩短信号分别沿着中心线和外线到达受声传感器表面时间差的超声波传感器设计方法。理论分析可知,该方法可以有效地改善接收信号强度非均匀、非对称性问题,提高了流量测量精度。     

基于盲源分离的超声信号去噪的仿真研究

提出一种新的基于盲源分离的超声信号去噪方法.为了验证去噪方法的有效性,应用此方法处理了仿真的超声信号,并与小波去噪的效果进行了比较.实验结果表明:该去噪方法能极大提高超声信号的信噪比,且其效果能与小波去噪方法相媲美,其特点是通过超声信号和噪声信号的盲源分离实现噪声消除.     

小波滤波在超声管外测压回波处理中的应用

超声测压过程中信号受到噪声的干扰,使得回波信号质量较差。为提取后续特征,需对回波信号进行处理。而小波具有"变焦距"特性,在时域和频域中具有良好的局部分析能力,适合于超声等非平稳信号处理。在超声反射回波的数学模型基础上,利用小波滤波方法对超声信号进行预处理,提取强噪声背景中的弱回波信号。仿真及实验表明,用小波滤波能够有效抑制噪声,提高信噪比,且该方法原理简单,易于实现,为进一步研究超声管外测压奠定了基础。     

雪深超声回波信号的自适应滤波建模方法

针对现阶段获取积雪数据准确度不高的问题,根据超声回波信号特征并结合建模方法和现代数字信号处理技术,提出一种积雪超声回波信号的自适应滤波建模方法,利用包络检波算法和曲线拟合对回波信号包络中的确定性信号进行拟合并结合自适应滤波算法,在误差信号的反馈下通过迭代使输入信号逼近参考信号,改变输入信号幅值和频率也可以稳定地收敛。通过这种方法可以合成积雪回波信号,准确描述雪盖的层理结构,有效地降低了噪声干扰,拟合匹配度得到提高。     

超声回波信号特征提取器的设计

本文提出一种结合模拟电路和CPLD器件对超声回波信号特征提取的方法,提取的特征量包括8寸间、能量和幅值信号。通过对超声回波信号特征的分析,该方法利用微分器、积分器、延时电路、波门电路、计数器以及峰值保持模块,直接对检波后的超声信号进行处理提取信号特征。最后对各个模块进行了模拟仿真,结果表明本文提出的电路设计可以实现对超声回波特征的提取,能够提高精度和检测效率,并为进一步自动检测开发提供了基础。     

提高超声波物位检测精度方法的研究

针对超声物位检测中声速随温度变化、回波信号弱和信噪比低的问题,对提高超声物位检测系统的测量精度进行了研究.提出加装温度传感器和自校准装置两套温度补偿方案.针对回波信号弱的问题提出一种利用间歇混沌进行微弱信号检测的技术.给出理论分析和仿真试验.实验证明该方法可准确实现对回波信号的特征提取,具有较高的信噪比.     

Positioning of a mobile robot based on odometry and a new ultrasonic LPS

Odometry is a method that calculates the position and heading angle of a mobile robot using encoders attached to the wheels of the robot. Errors in the position and heading angle in odometry continuously increase as the operating time and moving distance increase. The solution to overcome these accumulated errors is to periodically compensate with the external absolute position information. An ultrasonic local positioning system (LPS) consists of multiple ultrasonic transmitters located in the environment and an ultrasonic receiver. In this study, ultrasonic transmitters are in a line at one side, and four transmitters are grouped for a coverage area. In order to measure the time of flights (TOFs) for an ultrasonic signal, the receiver predicted the transmitted time from each transmitter using a hyperbolic model. Four transmitters emit ultrasonic signals sequentially, and then the receiver calculates the position using the present measured distance and the pre-measured distance. In order to extend the distance that is measured, the receiver collects the ultrasonic signal and executes cross correlation with a sinusoidal signal. The measured distance data of the previous step causes the position error. This error is compensated for by the predicted distance data using a bilinear interpolation method. An extended Kalman filter is designed to combine odometry, a compass sensor, and an ultrasonic LPS. The proposed system provides reliable and accurate position and heading information, regardless of the operating time and moving distance.