气体超声波流量计

本文叙述的气体超声波流量计,采用了声阻抗匹配的超声波换能器,用微型计算机进行测量及数据处理,克服了时差法的温度效应问题,使仪器有更大的灵活性和可靠性.本文给出了实验室和天然气管线现场的试验结果;超声波流量计与孔板流量计测量对比,其误差在0.6％以内.此外,文章还对设计方法和影响测量精度等某些因素作了讨论.     

基于LMS自适应时延估计和FPGA的超声波测风系统研究

利用超声波传感器进行风速测量时,温度对超声波传播有很大影响,时延估计对超声波测风系统的精度起到很大的作用。本超声波测风系统为避免温度对风速测量中的影响,采用了基于时差法的测量原理,为了提高时延估计值的精度,提出了基于最小均方(LMS)自适应时延估计的测量方法,研制了以单片机Atmega128和现场可编程门阵列(FPGA)为核心的硬件系统。仿真和实际测试的结果表明,该超声波测风系统的时延估计值精确度较高,具有很高的应用价值。     

基于AVR单片机的超声波测距系统构建

为了提高超声波测距精度,构建了基于AVR单片机的测距及数据处理系统。分析了超声波测距的原理,以AVR单片机为处理器设计了超声波产生和发射电路、超声波接收和信号处理电路以及温度测量和补偿电路等。针对温度对超声波速度的影响,根据超声波速度与温度的关系,设计了超声波速度补偿算法。为了提高回波时间测量准确性,减小随机噪声及空气中其他杂散播干扰的影响,采用均值数字滤波方法,对计数时间进行处理。实测结果表明,在3cm~400cm范围内,超声波测距系统测量数据准确,最大误差为0.66cm。     

超声波流量计测量流体声速的实验方法

为获取液体介质的声速值,设计了一种测定流体声速的实验方法,该方法利用时差式超声波流量计和标准流量校验设备同时对封闭管道中的液体进行流速测量,分别得到流速的测量值和真实值,从而计算出超声波流量计的仪表系数,并以此导出了一定条件下液体介质的声速值随仪表系数的变化关系式.利用该方法测量给出了0.17 MPa下四氧化二氮(N₂O₄)在7.6-19.4 ℃、偏二甲肼((CH₃)₂NNH₂)在6.5-25.2 ℃范围内的流体声速值,并为其他液体介质的声速测量提供了借鉴. 关键词： 超声波流量计 声速 仪表系数 温度     

超声波气体流量计的标定

本文简要介绍了超声波速差气体流量计的性能,及利用调温调湿风沿和煤气厂储气柜对直径为φ７００ｍｍ的大口径超声气体流量计进行喷嘴法的体积法要示定的原理,过程及测量结果。     

超声波声速测量的拓展实验

在测量超声波在均匀媒质中传播速度的基础上,利用时差法进行数据测量,并利用Origin软件对数据进行线性拟合得出在复合介质中超声波的声速.     

低轨四星时差定位技术研究

文章重点分析影响低轨四星时差定位系统精度的主要因素;首先,从四星时差定位的基本原理出发,对四星时差定位的模型和几何精度因子进行了详细的推导,并通过仿真分析了四星构型、时差测量精度、卫星位置误差、基线长度、星座投影面积等对四星时差定位系统精度的影响;通过比较可知,在相同参数条件下,采用Y形构形,减小时差测量误差、提高卫星定位精度、增加基线长度,增大星座投影面积均等均能够提高该系统的定位精度;在低轨四星定位系统应用场景中,四星构型、卫星绝对位置测量精度、基线长度以及星座投影面积对四星时差定位系统精度影响较大,时差测量精度和卫星相对位置测量精度对四星时差定位系统精度影响较小;而在实际任务中应权衡各因素的效费比,来保证定位精度。     

在线超声波流量监测系统设计及其应用

为解决地源热泵系统中的进出水流量测量,设计研究基于超声波时差法原理的非接触式在线流量监测装置。系统以STM32F407 ZE为主控制器,定时采集流量、完成数据封包、加密和远端服务器交互任务;以MSP430F2618为流量测量控制器,采用时差法以TDC-GP22精准测量超声波在介质中传播时间,实现管道流体流速、流量实时监测。系统测试结果实现流量数据测量及上传存储到远端服务器,满足地源热泵系统流量监测需求。     

喷流耦合式超声位移传感器的设计

本文主要研究一种新型微位移传感器。它用超声波原理进行检测，以喷流的水柱作为超声波传播的介质，可以在恶劣环境下进行位移测量。位移等于超声波传播的速度与超声波从发到收之间传播时间的乘积。考虑到声速会随介质一水的温度的升高而增大，设计时进行了实时温度补偿，提高了系统的精度。     

用于在线检测的超声波液体浓度计

本文报道的超声波液体浓度计,采用了双通道超声波发射接收方式,通过声时差的测量,实现了浓度与声时的转换。对于油脂工业上的应用,在设计上考虑到了防腐、防爆措施及温度的自动补偿。     

速差法超声波气体流量计的原理和校准

本简要地介绍一种利用超声脉冲沿顺、逆流方向上传播速度之差来测定气体流速及流量的新的微机化超声波气体流量的工作原理，以及它在内径为７００ｍｍ，流速在３－１３ｍ／ｓ范围内的校准结果，实验结果表明该微机化超声气体流量计的测速精度优于±２％。     

速差法超声波气体流量计的原理和校准

本文简要地介绍一种利用超声脉冲沿顺、逆流方向上传播速度之差来测定气体流速及流量的新的微机化超声波气体流量计的工作原理，以及它在内径为700mm，流速在3—13m＼s范围内的校准结果．实验结果表明该微机化超声气体流量计的测速精度优于±2％．     

高精度嵌入式超声波测距系统的研究

为了提高超声波测距精度,分析了超声波测距的原理,针对影响超声波测距精度的主要因素——环境温度,回波时间,从软件和硬件上提出了解决方法。软件上通过进行修正不同温度下的传播速度以达到消除温度对测距精度影响的效果;硬件上设计升压驱动发射电路、由仪表放大器组成的信号幅度补偿电路和双比较器构成的回波检测电路以改善提高超声波质量和更好确定传播时间。经验证,该系统能够实现较高精度的测距。     

Ultrasonic distance and velocity measurement using a pair of LPM signals for cross-correlation method: improvement of Doppler-shift compensation and examination of Doppler velocity estimation

Real-time distance measurement of a moving object with high accuracy and high resolution using an ultrasonic wave is difficult due to the influence of the Doppler effect or the limit of the calculation cost of signal processing. An over-sampling signal processing method using a pair of LPM signals has been proposed for ultrasonic distance and velocity measurement of moving objects with high accuracy and high resolution. The proposed method consists of cross correlation by single-bit signal processing, high-resolution Doppler velocity estimation with wide measurement range and low-calculation-cost Doppler-shift compensation. The over-sampling cross-correlation function is obtained from cross correlation by single-bit signal processing with low calculation cost. The Doppler velocity and distance of the object are determined from the peak interval and peak form in the cross-correlation function by the proposed method of Doppler velocity estimation and Doppler-shift compensation. In this paper, the proposed method of Doppler-shift compensation is improved. Accuracy of the determined distance was improved from approximately within ±140 μm in the previous method to approximately within ±10 μm in computer simulations. Then, the proposed method of Doppler velocity estimation is evaluated. In computer simulations, accuracy of the determined Doppler velocity and distance were demonstrated within ±8.471 mm/s and ±13.87 μm. In experiments, Doppler velocities of the motorized stage could be determined within ±27.9 mm/s.     

Realization of a multipath ultrasonic gas flowmeter based on transit-time technique

A microcomputer-based ultrasonic gas flowmeter with transit-time method is presented. Modules of the flowmeter are designed systematically, including the acoustic path arrangement, ultrasound emission and reception module, transit-time measurement module, the software and so on. Four 200 kHz transducers forming two acoustic paths are used to send and receive ultrasound simultaneously. The synchronization of the transducers can eliminate the influence caused by the inherent switch time in simple chord flowmeter. The distribution of the acoustic paths on the mechanical apparatus follows the Tailored integration, which could reduce the inherent error by 2–3% compared with the Gaussian integration commonly used in the ultrasonic flowmeter now. This work also develops timing modules to determine the flight time of the acoustic signal. The timing mechanism is different from the traditional method. The timing circuit here adopts high capability chip TDC-GP2, with the typical resolution of 50 ps. The software of Labview is used to receive data from the circuit and calculate the gas flow value. Finally, the two paths flowmeter has been calibrated and validated on the test facilities for air flow in Shaanxi Institute of Measurement & Testing.     

Real-time displacement measurement with large range and high accuracy using sinusoidal phase modulating laser diode interferometer

To resolve the conflict of large measurement range and high accuracy in the existing real-time displacement measurement laser diode (LD) interferometers, a novel real-time displacement measurement LD interferometry is proposed and its measurement principle is analyzed. By use of a new phase demodulation algorithm and a new phase compensation lgorithm of real-time phase unwrapping, the measurement accuracy is improved, and the measurement range is enlarged to a few wavelengths. In experiments, the peak-to-peak amplitude of the speaker vibration was 2361.7 nm, and the repeatability was 2.56 nm. The measurement time was less than 26μs.     

基于扫频采样的飞秒激光大尺寸测距方法研究

作为一种高精度测量工具,飞秒激光具有优于传统激光技术的特性,已被广泛应用于工业生产、航空航天、科学研究等领域。扫频采样法在很大程度上改善了机械振动、扫描速度过慢等问题,对飞秒激光的绝对测距性能提升有着重要的意义。基于扫频采样原理,提出了一种利用飞秒激光的大尺寸距离测量方法,并对该技术的测量原理、干涉光谱和解调算法等方面进行了研究。首先,根据飞秒激光的锁模生成原理和压电陶瓷的压电效应,介绍了飞秒激光器连续扫描重复频率的方法。在此基础上,结合传统的光学采样法原理,解释了扫频采样法的测距原理,推导并讨论了光纤延迟线的长度对扫描距离的影响。然后,搭建了基于扫频采样的飞秒激光测距系统,在线性导轨上进行了远距离的测量实验,同时设计了基于迈克尔逊干涉原理的He-Ne激光参考光路。根据实验环境修正了空气群折射率,分析了测量距离对光谱条纹峰值和宽度的影响,测量了不同目标位置处的激光扫描距离。在50.4 m的测量范围内,扫描距离从0.56 mm增加到1.12 mm,充分验证了光纤延迟线对提升大尺寸测距能力的重要性。周期性的频率扫描可产生互相关条纹,通过对测量光谱条纹进行希尔伯特变换处理,解算出实时的频率变化量和采样倍乘系数,从而获取被测的距离信息。此外,为了减小系统的时间延迟误差,提高测量的准确性,采用差分原理对算法进行了改进。在希尔伯特算法基础上,分别对频率和距离进行差分处理,解算距离信息。实验结果表明,经过对比,采用基于距离差分的改进算法处理数据,性能结果较好。算法改进后,系统在50 m范围内的测量精度从11 μm提高到4 μm,相对精度从2.2×10-9提高到8×10-8,测距准确性明显提高。通过分析重复性测量数据,并与增量式激光干涉仪结果比对,测量误差的标准差从10 μm提高到2 μm,最大相对稳定性从2×10-9提高到4×10-8,测距稳定性明显提高。因此,该方法有较为优秀的大尺寸测距能力,具有同时实现高精度、大尺寸、快速绝对测距的潜力,在未来的精密光谱测量领域有着很大的前景。     

Ultrasonic cross-correlation flowmeters

The majority of ultrasonic flowmeters ultilize the Doppler principle so that the measurement depends upon the value of the velocity of sound in the fluid. Variations of the sound velocity can, therefore, introduce measurement errors. This paper describes an ultrasonic method of measuring the flow of liquids and gases using cross-correlation techniques. There is no restriction to the flow and the measurement accuracy is in principle independent of the velocity of sound in the fluid.     

基于MEMS陀螺仪的随机误差分析

为了提高MEMS陀螺仪测量精度,减少随机误差的影响,对产生随机误差的噪声源及其随机误差模型进行了分析。通过分析MEMS陀螺仪自身结构的缺陷并且对其输出数据进行了相应的滤波处理与平稳性检验,确立了合适的误差模型并利用Kalman滤波进行误差补偿,验证了模型的有效性。同时运用Allan方差法对MEMS陀螺仪噪声项进行了分析,确定了影响MEMS陀螺仪测量性能的主要因素以及比较了滤波前后的各项噪声源系数,检验了滤波效果且实验结果证明误差模型显著提高了MEMS陀螺仪的测量精度。     

拼接式编码器测角误差分析及试验

根据望远镜测角系统的精度需求,分析了影响拼接式编码器测角精度的误差源,以及多读数头测角消差原理,确定了采用相位相差90°的4读数头的测角方式。在某望远镜方位轴系转台进行了逆时针和顺时针方向的测角试验,通过对测角数据进行谐波分析并补偿后,得到两组实验测角误差RMS分别为0.34"、0.38"。实验表明,相位相差90°的均布4读数头的测角方式消除了由轴系误差、编码器安装位置误差和钢带安装盘部分圆度误差对测角精度的影响,实现了亚角秒级测角的目的。研究结果可用于大口径望远镜设计阶段的误差分析与分配、预估测角精度,为降低设计和加工误差提供参考。