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鍵技術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，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+相關測時”的超聲流量測量方法。經典信號檢測與估計理論分析、Matlab仿真及實流實驗結果均表明，低信噪比時，相關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、并詳細介紹了各構成模塊的實現方法及時序關系。系統配置靈活，改變少數參數就可產生各種編碼類型、各種帶寬的二進制相位編碼(2PSK)信號，還可產生不同時寬帶寬積的線性調頻(LFM)信號。
　　根據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)超聲流量測量系統模型，給出了2ASK編碼的一般步驟和測試波形。實流實驗結果表明，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)影響，在2.5~16m/s的流速范圍內

3、，最大誤差達39.4％，最大重復性達3.33%。
　　系統地研究了包括2PSK和LFM在內的相位調制實驗。重點討論了相關時延估計環(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；先相關后取包絡，可充分利用載波的精細化結構和較完整的信號信息，流速的平均讀數誤差約為先取包絡后相關方法的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，引入適當的非線性處理技術，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誤差為指標，對比研究了編碼激勵的類型、周期數和帶寬等參數，發(fā)射功率相同條