超声波液位计自动校正液位的探讨  二十一

3.5 超声波回波识别技术

3.5.1 超声脉冲回波的基本特性

超声测距工作中，超声换能器通过压电晶片的逆效应电致伸缩，在液体媒介中产生并传播脉冲超声波。工作过程中换能器晶片经历了受迫振动、平衡振动和衰减振动三种状态。

同理想条件相比，液体媒介中的起伏是非常复杂的，是一随机时、空、频变的过程，其原因主要是实际的液体媒介中声速、衰减和散射系数的随机不均匀。这不仅会导致回波信号幅度的起伏，还会导致回波信号在时域的漂移。

固定阈值脉冲触发式是传统超声测距回波到来时刻判别方法，基于上述回波信号特性，在分析该判别方法局限性的基础上，本文采用高速数据全采集法来完善回波到来时刻的判别。

3.5.2 固定阈值脉冲触发式判别回波时刻的局限

脉冲超声波从换能器发出至校正块或液面返回所经历的时间t 的测量是这样实现的：用发射波前沿去打开计数器的控制门，计数器开始对标准时钟脉冲计数，用返回的接收脉冲的前沿去关闭计数器而停止计数。

对发射脉冲来说，其幅值很大而且前沿非常陡，如前述；而回波脉冲波形的前沿并不陡，不象发射波那样在第一周就达到最大值或较大的值，一般要到第二周或第三甚至第四周才能达到最大值，当接收脉冲第一周的幅值小于计数器控制门触发阈值时，计数器关门时间将由A点推后一个周期到B点，从而使所测的时间较实际时间大而引入误差。当超声波频率为1MHz时，则可能引入0.7mm以上的液位误差(航空煤油中声速c≈1290m/s)。如果进一步考虑到液体媒介的信道起伏，这种误差将会更大，甚至达到数个周期。

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