分数阶傅立叶变换在改进型超声波液位计中的应用

发布时间：2017-08-06 13:10

  本文关键词：分数阶傅立叶变换在改进型超声波液位计中的应用

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【摘要】：超声波测量距离是一种有效的非接触式的测量方法,具有精度高、清洁、安装方便、工作环境适应性强等优点,目前广泛应用在化工厂、水库、食品加工厂等场合。超声波液位计的工作原理主要是利用声速与时间的关系来确定声波传播的距离。然而目前国内外大多数的超声波液位计采用发射信号为定频信号,使得盲区较大且抗干扰力较差;并且传统的滤波方法无法解决非平稳信号与噪声之间的耦合,因此开发一种高精度、盲区小、读数稳定的超声波液位计是很有意义的。首先本文在参考和查阅大量相关技术资料和论文的前提下,对线性调频信号进行了详细地介绍,分析了该非平稳信号的特性、优势及产生方法。其次,本文系统地介绍了分数阶傅立叶变换,内容包括两部分:首先从几个不同角度给出了分数阶傅立叶变换的定义并介绍了它们的物理意义,之后介绍一些分数阶傅立叶变换的常用性质及一些常见信号的分数阶傅立叶变换表示方法;然后提出了非平稳信号在分数阶傅立叶域滤波的方法,详细地介绍了该滤波方法的步骤并得出了仿真结果。最后,本文研究了超声波液位计系统的硬件结构及软件流程。本课题设计的超声波液位计硬件部分以MSP430系列单片机为核心,主要有超声波收发模块、线性调频产生模块、温度补偿模块及外部终端;软件部分主要实现了数据采集、数据计算、滤波算法及控制的逻辑判断等功能。通过对实验数据的分析与计算,本文设计的系统可以实现精确测量,基本达到了设计要求。
【关键词】：超声波液位计 线性调频信号 分数阶傅立叶变换 滤波
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB517
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 课题研究的背景及意义14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 超声波特性及超声测距系统14-16
• 1.2.2 线性调频信号16-17
• 1.2.3 分数阶傅立叶变换17-18
• 1.3 论文主要研究内容18-19
• 1.4 本论文创新点19-20
• 2 线性调频信号的特性与实现20-32
• 2.1 线性调频信号的特性20
• 2.2 线性调频信号的定义及频谱20-24
• 2.3 线性调频信号的产生24-31
• 2.3.1 模拟产生方法24-27
• 2.3.2 数字产生方法27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 分数阶傅立叶变换的定义及性质32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 分数阶傅立叶变换定义32-37
• 3.2.1 分数阶傅立叶变换基本定义32-34
• 3.2.2 分数阶傅立叶变换其他定义34-37
• 3.2.2.1 基于特征函数与特征值的定义34-35
• 3.2.2.2 基于时间－频率平面旋转的定义35-36
• 3.2.2.3 基于微分方程解的定义36-37
• 3.3 分数阶傅立叶变换的性质37-41
• 3.3.1 基本性质与常见信号的分数阶傅立叶变换37-39
• 3.3.2 分数阶傅立叶变换与时频表示的关系39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 分数阶傅立叶域滤波42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 线性调频信号的分数阶傅立叶域滤波42-49
• 4.2.1 分数阶傅立叶域的时频滤波原理43-46
• 4.2.2 线性调频信号的滤波仿真46-49
• 4.3 本章小结49-50
• 5 超声波液位计的设计50-66
• 5.1 液位计总体结构50-52
• 5.1.1 发射部分50-51
• 5.1.2 接收部分51
• 5.1.3 温度补偿51
• 5.1.4 外部终端51-52
• 5.2 硬件设计52-56
• 5.2.1 电源模块52-53
• 5.2.2 线性调频信号产生与液位信息采集模块53-55
• 5.2.3 液晶与按键模块55-56
• 5.3 软件设计56-62
• 5.3.1 主程序56-57
• 5.3.2 液位信息采集程序57-61
• 5.3.3 按键与液晶显示程序61-62
• 5.4 实验62-65
• 5.5 本章小结65-66
• 6 结论与展望66-67
• 参考文献67-70
• 作者简历70

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本文编号：629954