导波雷达液位计测量技术研究

发布时间：2017-05-16 20:11

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【摘要】：液位计是一种重要的测量仪表,在石油、化工等工业领域发挥着不可或缺的作用。随着信号处理技术和电子技术的飞速发展,液位计所采用的测量技术由机械发展至机电一体化,又由机电一体化发展至自动化,近年来,微处理器被引进液位计,使得液位测量技术发生了革命性的变化。导波雷达液位计就是伴随着此发展过程而得到广泛应用的一种智能化的测量仪表。它具有适用范围广、抗干扰能力强、功耗低、工作稳定、价格低廉并且能适应极端恶劣的测量环境的特点。但与某些价格昂贵的液位计相比,其精度略有不足,因此,研究出一型具有高测量精度的导波雷达液位计,具有非常重要的现实意义。本文基于同轴线中电磁波的反射特性,设计了一种导波雷达液位计,以MSP430F149单片机为核心,由控制及信息处理模块、信号调制模块、收发电路模块以及信号传输模块四部分组成,利用时域反射原理来实现对液位的测量。其中控制及信息处理模块、信号调制模块和收发电路模块的功能是产生发射脉冲和采样脉冲,信号传输模块采用同轴电缆和同轴导波杆探头作为电磁波的传播介质。本文首先讨论了导波雷达液位计的研究背景和意义,然后对同轴线内的电磁波信号的时域反射测量技术进行了分析,随后对导波雷达液位计的硬件设计进行了介绍,分析了各模块的功能和设计方法,再然后对导波雷达液位计的软件设计分模块的进行了详细的讲解,分析了程序的设计思路,并给出了流程图,最后通过模拟试验平台对导波雷达液位计进行了实际的测试。通过对系统测试所得到的波形进行分析,证明了导波雷达液位计的反射波形的极性和出现的时刻与理论推导的结果是相同的,说明采用的测量原理是可行、可靠的;通过对系统测试所得到的数据进行分析,证明了导波雷达液位计具有分辨率高、准确性高、线性度好、重复性好的特点,其分辨率可达0.1mm,误差在3mm以内,重复性小于3mm。经过后续对系统的进一步完善,其测量精度应该能达到更高标准。
【关键词】：液位计 导波雷达 同轴线 时域反射 MSP430
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH816
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 液位计研究的背景和意义11
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势11-14
• 1.3 脉冲式雷达液位计分类14
• 1.4 导波雷达液位计的分类及特点14-15
• 1.5 本课题的研究内容15
• 1.6 本课题的要求技术指标15-16
• 1.7 本章小结16-17
• 第二章 导波雷达液位计的整体方案及测量技术分析17-32
• 2.1 导波雷达液位计的总体方案17
• 2.2 导波雷达液位计的系统原理17-19
• 2.3 基于同轴线的时域反射技术及反射信号极性分析19-23
• 2.3.1 同轴线电磁波反射技术19
• 2.3.2 同轴线内的信号传播分析19-22
• 2.3.3 同轴线内的反射信号极性分析22-23
• 2.4 同轴线内信号传播的场分布及反射信号强度分析23-28
• 2.4.1 同轴线内信号传播的场分布模型23-25
• 2.4.2 同轴线内信号传播的场分布仿真25-27
• 2.4.3 同轴线内的反射信号强度分析27-28
• 2.5 同轴线的尺寸对信号传输的影响28-31
• 2.5.1 传输功率最大28-29
• 2.5.2 衰减系数最小29-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 导波雷达液位计的硬件设计32-47
• 3.1 导波雷达液位计的硬件组成32-33
• 3.2 信号调制模块33-39
• 3.2.1 锯齿波产生电路34-36
• 3.2.2 发射及采样信号产生电路36-38
• 3.2.3 反射信号调制电路38-39
• 3.3 收发电路模块39-41
• 3.3.1 收发电路39-40
• 3.3.2 反射信号提取电路40-41
• 3.4 控制及信号处理模块41-46
• 3.4.1 电源电路41-42
• 3.4.2 通信电路42
• 3.4.3 存储电路42-43
• 3.4.4 显示电路43
• 3.4.5 按键电路43-44
• 3.4.6 CPU电路44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 导波雷达液位计的软件设计47-66
• 4.1 软件总体设计47-48
• 4.1.1 软件结构47-48
• 4.1.2 开发环境48
• 4.2 主程序流程48-49
• 4.3 系统程序49-54
• 4.3.1 初始化程序49-51
• 4.3.2 看门狗程序51
• 4.3.3 菜单程序51-54
• 4.4 测量计算程序54-60
• 4.4.1 信号产生程序55-57
• 4.4.2 信号捕获程序57-59
• 4.4.3 数据计算程序59-60
• 4.5 辅助程序60-65
• 4.5.1 显示程序60-62
• 4.5.2 按键程序62-64
• 4.5.3 系统检测程序64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 系统测试与数据分析66-78
• 5.1 同轴电缆与同轴导波杆的选型66-67
• 5.2 导波雷达液位计的测试环境67-68
• 5.3 导波雷达液位计的测试波形分析68-69
• 5.4 导波雷达液位计的测试数据分析69-76
• 5.4.1 试验一的测试数据分析69-72
• 5.4.2 试验二的测试数据分析72-76
• 5.5 导波雷达液位计的试验结论76
• 5.6 导波雷达液位计的误差分析76-77
• 5.7 本章小结77-78
• 第六章 全文总结与未来展望78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-84
• 附录84-85
• 攻读硕士学位期间取得的成果85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李冬梅;国内外液位计量仪表技术发展动向[J];仪器仪表用户;2002年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 梁志刚;土的电磁特性及同轴电缆电磁波反射技术研究[D];浙江大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张成;基于等效采样法的TDR技术研究[D];吉林大学;2009年

  本文关键词：导波雷达液位计测量技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：371800