線性調(diào)頻技術(shù)在超聲波液位儀中的應(yīng)用研究[S]

1、線性調(diào)頻技術(shù)在超聲波液位儀中的應(yīng)用研究S    英文題名 Ultrasonic Liquid Level Meter Using Linear Frequency Modulation Technique  專業(yè) 控制理論與控制工程  關(guān)鍵詞 超聲波; 液位儀; 線性調(diào)頻信號; 脈沖壓縮處理; 時頻分布; 英文關(guān)鍵詞 Ultrasonic; Liquid level meter; LFM signal; Pulse compression; Joint time-frequency analysis; 中文摘要 在化工、石油、冶金、水

2、處理等現(xiàn)代工業(yè)過程控制中,需要對儲液罐內(nèi)的液體位置進(jìn) 行檢測。液位檢測的準(zhǔn)確性和及時性對于實現(xiàn)安全、高效的工業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的意義?，F(xiàn) 有的超聲波液位檢測系統(tǒng),大多使用方波脈沖信號,普遍存在盲區(qū)較大和抗噪聲能力差的問題, 其在硬件結(jié)構(gòu)上通常采用單片機控制,而這樣簡單的測量系統(tǒng)已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。因 此關(guān)于新型超聲波液位儀的研究是十分必要的。線性調(diào)頻信號是一種具有大時寬帶寬積特性的 時變信號,它具有良好的測量精度和距離分辨力,在雷達(dá)、聲納等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 本文 將線性調(diào)頻技術(shù)應(yīng)用到超聲波液位檢測中,有效地縮小了盲區(qū)的范圍。展開了如下兩方面的研 究。 首先,應(yīng)用時頻域聯(lián)合分布對線性調(diào)

3、頻信號做了參數(shù)估計,研究了Cohen類時頻分 布。將Hough變換引入時頻處理中,解決了對于多信號輸入存在交叉項的問題。仿真結(jié)果顯示其 具有優(yōu)秀的時頻聚集性和較好的抗噪聲特性,并對交叉項具有良好的抑制作用,效果優(yōu)于短時傅 里葉變換以及Wigner-Ville分布。 其次,在考慮線性調(diào)頻信號特性和實際檢測需求的基礎(chǔ)上, 分析了超聲波液位儀的工作方法和盲區(qū)產(chǎn)生的原因。給出了超聲波液位儀的總體結(jié)構(gòu),并將. 英文摘要 When realizing the process control of modern industry such as chemistry, petroleum, metallurg

4、y and water processing, we need to detect the liquid level in the container. The veracity and time are important to realizing the production safely and effectively. The existing ultrasonic liquid level meter systems make use of square pulse signal to work. Most of them have large blind zone and can

5、not resist noise effectively. SCM is generally used to achieve the hardware realizing. The simple control system is not. 摘要 4-5 Abstract 5 第1章 緒論 9-18     1.1 引言 9     1.2 線性調(diào)頻信號的檢測與應(yīng)用 9-11     1.3 時頻分析技術(shù) 11-12     1.4 超聲波檢測現(xiàn)狀 12-16  &

6、#160;      1.4.1 超聲波檢測的基本原理 12-13         1.4.2 測量距離 13-14         1.4.3 流量檢測 14         1.4.4 無損檢測 14-15         1.4.5 聲吶 15  

7、60;      1.4.6 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 15-16     1.5 本文研究內(nèi)容 16-18 第2章 線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮原理與實現(xiàn) 18-36     2.1 線性調(diào)頻原理 18-20     2.2 線性調(diào)頻脈沖信號及其頻譜 20-23     2.3 線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮 23-27         2.3.1 線性調(diào)頻信號模擬脈沖壓縮處理系統(tǒng) 2

8、3-25         2.3.2 線性調(diào)頻信號通過匹配濾波器 25-27     2.4 線性調(diào)頻信號的數(shù)字脈沖壓縮處理 27-35         2.4.1 時域卷積法 29-31         2.4.2 頻域FFT 法 31-34         2.4.3 線性調(diào)頻信號加權(quán)

9、處理 34-35     2.5 本章小結(jié) 35-36 第3章 線性調(diào)頻信號的時頻處理 36-46     3.1 聲信號處理方法 36-37         3.1.1 信號平均技術(shù) 36         3.1.2 數(shù)字濾波技術(shù) 36-37         3.1.3 頻譜分析技術(shù) 37    

10、 3.2 時頻分布與時頻表示 37-45         3.2.1 時頻分析基本思想 37-38         3.2.2 LFM 信號的短時傅里葉變換和頻譜圖 38-40         3.2.3 LFM 信號的Wigner-Ville 分布 40-43         3.2.4 LFM 信號的Wigner-

11、Hough 變換 43-45     3.3 本章小結(jié) 45-46 第4章 超聲波液位儀的設(shè)計 46-62     4.1 液位儀總體結(jié)構(gòu) 46-50         4.1.1 發(fā)射部分 46-48         4.1.2 接收部分 48-49         4.1.3 溫度補償 49-50   &#

12、160;     4.1.4 外部終端 50     4.2 超聲波液位儀的工作原理 50-51         4.2.1 液位的計算方法 50         4.2.2 產(chǎn)生盲區(qū)的原因 50-51     4.3 DSP 的硬件設(shè)計與信號處理 51-58         4.3.1

13、TMS320C6203B 型DSP 芯片簡介 51-52         4.3.2 TMS320C6203B 外圍電路設(shè)計 52-53         4.3.3 高速ADS5422 53-54         4.3.4 ADS5422 的信號輸入方式 54-55         4.3.5 ADS5422 與C6

14、203B 的連接 55-56         4.3.6 操作與顯示 56-57         4.3.7 信號處理 57-58     4.4 回波信號仿真研究 58-61         4.4.1 單一回波信號的情況 58-60         4.4.2 兩個回波信號的情況 60

15、-61     4.5 本章小結(jié) 61-62 結(jié)論 62-63 參考文獻(xiàn) 63-68         2.4.3 線性調(diào)頻信號加權(quán)處理 34-35     2.5 本章小結(jié) 35-36 第3章 線性調(diào)頻信號的時頻處理 36-46     3.1 聲信號處理方法 36-37         3.1.1 信號平均技術(shù) 36     

16、    3.1.2 數(shù)字濾波技術(shù) 36-37         3.1.3 頻譜分析技術(shù) 37     3.2 時頻分布與時頻表示 37-45         3.2.1 時頻分析基本思想 37-38         3.2.2 LFM 信號的短時傅里葉變換和頻譜圖 38-40     &#

17、160;   3.2.3 LFM 信號的Wigner-Ville 分布 40-43         3.2.4 LFM 信號的Wigner-Hough 變換 43-45     3.3 本章小結(jié) 45-46 第4章 超聲波液位儀的設(shè)計 46-62     4.1 液位儀總體結(jié)構(gòu) 46-50         4.1.1 發(fā)射部分 46-48    &

18、#160;    4.1.2 接收部分 48-49         4.1.3 溫度補償 49-50         4.1.4 外部終端 50     4.2 超聲波液位儀的工作原理 50-51         4.2.1 液位的計算方法 50        

19、; 4.2.2 產(chǎn)生盲區(qū)的原因 50-51     4.3 DSP 的硬件設(shè)計與信號處理 51-58         4.3.1 TMS320C6203B 型DSP 芯片簡介 51-52         4.3.2 TMS320C6203B 外圍電路設(shè)計 52-53         4.3.3 高速ADS5422 53-54   

20、0;     4.3.4 ADS5422 的信號輸入方式 54-55         4.3.5 ADS5422 與C6203B 的連接 55-56         4.3.6 操作與顯示 56-57         4.3.7 信號處理 57-58     4.4 回波信號仿真研究 58-61   

21、;      4.4.1 單一回波信號的情況 58-60         4.4.2 兩個回波信號的情況 60-61     4.5 本章小結(jié) 61-62 結(jié)論 62-63 參考文獻(xiàn) 63-68         2.4.3 線性調(diào)頻信號加權(quán)處理 34-35     2.5 本章小結(jié) 35-36 第3章 線性調(diào)頻信號的時頻處理 36-46  

22、;   3.1 聲信號處理方法 36-37         3.1.1 信號平均技術(shù) 36         3.1.2 數(shù)字濾波技術(shù) 36-37         3.1.3 頻譜分析技術(shù) 37     3.2 時頻分布與時頻表示 37-45         3.2.1

23、時頻分析基本思想 37-38         3.2.2 LFM 信號的短時傅里葉變換和頻譜圖 38-40         3.2.3 LFM 信號的Wigner-Ville 分布 40-43         3.2.4 LFM 信號的Wigner-Hough 變換 43-45     3.3 本章小結(jié) 45-46 第4章 超聲波液位儀的設(shè)計 46-62 &

24、#160;   4.1 液位儀總體結(jié)構(gòu) 46-50         4.1.1 發(fā)射部分 46-48         4.1.2 接收部分 48-49         4.1.3 溫度補償 49-50         4.1.4 外部終端 50     4.2 超聲波液位儀的工作原理 50-51         4.2.1 液位的計算方法 50