超聲波流量計使用編碼技術的探討 一

摘要

超聲波流量計作為一種非接觸、易于安裝維護的儀表在工業領域得到廣泛應用。尤其在天然氣計量領域，超聲波流量計的潛力和優勢十分明顯。雖然孔板流量計仍是主要測量手段，但超聲波流量計具有無可動部件、無壓損、測量精確度高等優點，另外隨著相關標準的發布和實用領域的探索，超聲波流量計將會得到越來越廣泛的應用。

本文將偽隨機編碼信號引入了相關時差法超聲流量計的信號處理中。相關時差法是傳統時差法與相關算法對結合，兼具二的者優點，并且克服了時差法觸發時刻不易確定、時間差難以直接精確測量，相關法被測對象不確定、易受駐波影響等缺點。偽隨機編碼碼信號以其優良的自相關特性，可以實現對微小時間差的精確測量。本文針對巴克序列，m序列以及L序列進行了理論分析及相關試驗，比較了各編碼方式的特性，并對影響相關結果的重要參數，如：碼元寬度，采樣頻率，序列長度，序列周期個數等，確定了選取標準。

系統硬件電路主要包括超聲信號的發射、接收和處理部分。發射部分設計了數字式任意波形發生器，直接產生經過調制的偽隨機編碼信號。超聲信號接收處理電路的作用是從放大濾波后的信號中解調出偽隨機編碼信號，并將其穩定在一個固定的范圍之內。

使用任意波形發生器對本課題選用的SensComp發射／接收型壓電陶瓷超聲換能器進行了調幅編碼特性實驗研究，得出參數選擇的標準。系統調試成功后，分別用巴克序列、m序列、L序列三種不同編碼方式激勵超聲換能器，比較優劣；并將本設計偽碼相關時差法超聲波氣體流量計在天津大學過程檢測與控制實驗室的常壓氣體流量實驗裝置上進行了試驗測試，對測試結果的誤差來源進行了詳細的分析，并提出了解決和進一步完善設計的方案。

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