超聲波液位計自動校正液位的探討  二十一

3.5 超聲波回波識別技術

3.5.1 超聲脈沖回波的基本特性

超聲測距工作中，超聲換能器通過壓電晶片的逆效應電致伸縮，在液體媒介中產生并傳播脈沖超聲波。工作過程中換能器晶片經歷了受迫振動、平衡振動和衰減振動三種狀態。

同理想條件相比，液體媒介中的起伏是非常復雜的，是一隨機時、空、頻變的過程，其原因主要是實際的液體媒介中聲速、衰減和散射系數的隨機不均勻。這不僅會導致回波信號幅度的起伏，還會導致回波信號在時域的漂移。

固定閾值脈沖觸發式是傳統超聲測距回波到來時刻判別方法，基于上述回波信號特性，在分析該判別方法局限性的基礎上，本文采用高速數據全采集法來完善回波到來時刻的判別。

3.5.2 固定閾值脈沖觸發式判別回波時刻的局限

脈沖超聲波從換能器發出至校正塊或液面返回所經歷的時間t 的測量是這樣實現的：用發射波前沿去打開計數器的控制門，計數器開始對標準時鐘脈沖計數，用返回的接收脈沖的前沿去關閉計數器而停止計數。

對發射脈沖來說，其幅值很大而且前沿非常陡，如前述；而回波脈沖波形的前沿并不陡，不象發射波那樣在第一周就達到最大值或較大的值，一般要到第二周或第三甚至第四周才能達到最大值，當接收脈沖第一周的幅值小于計數器控制門觸發閾值時，計數器關門時間將由A點推后一個周期到B點，從而使所測的時間較實際時間大而引入誤差。當超聲波頻率為1MHz時，則可能引入0.7mm以上的液位誤差(航空煤油中聲速c≈1290m/s)。如果進一步考慮到液體媒介的信道起伏，這種誤差將會更大，甚至達到數個周期。

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