超聲波液位計自動校正液位的探討  二十二

3.5.3 高速數據采集方法識別回波

利用高速數據全采集技術通過平滑、濾波等數字信號處理，就可以完整地恢復回波波形，識別校正回波和液面回波，準確判別出各個回波到來的時刻，實現高精度動態自校正測量。

本文選用的超聲脈沖信號主頻率為fu=2.5MHz，根據Shannon 采樣定理，設計采樣頻率fs=20MHz。從采樣結果和60MHz 示波器波形比較，可以看到波形保持完好，不失真。數據采集卡的設計見4.4 節內容。

對于一般的隨機噪聲信號，往往采取固定閾值法來析取有用信號，即首先限定一固定閾值為門限，將超過該幅值點的信號視為有效信號，其余為噪聲信號。為提高精度，本文采用動態噪聲門限檢測方法，針對超聲回波信號的強弱不同，設定可變動的噪聲門限，減少數據處理運算量。

3.5.4 液面回波與二次回波判別

從發射脈沖到液面回波的時間長度距離等于液面回波到二次回波的時間長度。在檢測中由于波導管中放置了反射塊，進而產生赫姆霍茲吸聲的影響。當液面處于反射塊附近時，如果按照最大值判斷液面回波的方法將會把二次回波做為一次回波。雖然能夠采用相關分析的方法區分回波但是由于時間窗口沿時間軸移動，并且FFT 變換的計算量很大導致計算時間長。這種狀況非常不利于動態液位測量中響應速度快的要求。為此本系統提出“前尋后找最大值”的方法減小系統的計算量，并判別回波。

算法原理如下：

1）處理器通過比較找到幅值最大點A，并得到該點的內存位置。

2）然后向前尋找L/2，如果有必要可以在L/2 處加一個裕量Δ1，查找該區域內是否有回波存在，如果有記錄下來。再向后尋找L 長度，就是在2L 處，同樣可以加裕量Δ2，查找該區域內是否有回波存在，如果有則記錄下來。

3）將A、B、C 點記錄下來后就需要根據不同的情況進行相應的判定規則。首先需要考慮液面回波和二次回波在反射塊附近位置時的狀態，從近到遠可以將回波所處位置分為14 種情況.

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