超声波大尺寸测量的双相位数字检测方法

发布时间：2017-08-15 14:36

  本文关键词：超声波大尺寸测量的双相位数字检测方法

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【摘要】：随着我国经济社会的飞速发展,科技自动化水平不断提高,各类工业控制、智能避障、智能机器人、工业自动化等领域对高精度测距提出了严格的要求。本文采用的是利用超声波进行测距的方法。超声波测距适用范围广泛,对外界光线和电磁场不敏感,适合较恶劣的环境,超声波传感器结构简单,易于实现小型化和集成化。本文旨在在传统的超声波测距的基础上提高其测量精度和测量范围,研究了一种基于A/D采样法的超声波相位差检测方法。这种方法是利用相邻采样数据之差,从而消除了超声波信号中的直流成分对相位差检测的影响,再通过不同相邻采样数据之差的比值建立起相位差检测的数学模型,并由此获取到很高的相位差检测精度。其采样电路简单,不需要高倍数超声波信号采样率,仅需在一个超声波信号周期里采样十几个数据,就可以获得亚微米级的位移测量分辨率。通过实验和仿真结果均验证了上述基于A/D采样法的超声波相位差检测方法的有效性,基于该方法研制了超声波位移测量平台,若选用的超声波频率为40kHz,则位移测量分辨率小于1μm。在大尺寸测量方面,采用了一种双相位的位移测量方法。利用信号调制的方式,以超声波信号作为载波信号,加入低频信号对其进行调制,利用相位检测算法对调制解调后的低频调制波的相位差进行测量,得到大尺寸测量中位移的粗测值,然后利用超声波相位差进行精确测量,通过精测值对调制信号的粗测值进行修正,来提高大尺寸测距中位移测量精度。
【关键词】：超声波测距 相位差 低频调制 大尺寸
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH822;TB559
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 大尺寸测距方法15-19
• 1.2 超声波测距的国内外现状19-21
• 1.3 课题研究意义21
• 1.4 课题主要研究内容21-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第2章 双相位超声波大尺寸测距系统构建23-39
• 2.1 超声波基础理论23-29
• 2.1.1 超声波的基本参数23-26
• 2.1.2 超声波的波形26-27
• 2.1.3 超声波的衰减27-28
• 2.1.4 超声波传感器28-29
• 2.2 超声波测距方法29-33
• 2.2.1 渡越时间法30
• 2.2.2 幅值检测法30-31
• 2.2.3 双相位超声波大尺寸测距方法31-33
• 2.3 系统构建33-38
• 2.3.1 超声波发射电路33
• 2.3.2 A/D信号采样33-34
• 2.3.3 超声波接收电路模块34-35
• 2.3.4 波长补偿装置35-36
• 2.3.5 计算机编程36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 双相位超声波测距的算法研究39-49
• 3.1 超声波相位测量算法39-43
• 3.1.1 移相相关法39
• 3.1.2 数据延拓法39-40
• 3.1.3 多重互相关法40
• 3.1.4 双相关法40
• 3.1.5 A/D采样法的超声波相位测量算法40-43
• 3.2 大尺寸测距的实现方法43-46
• 3.3 双相位的超声波信号采样方法46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 实验及结果分析49-61
• 4.1 超声波相位差测量算法仿真实验49-52
• 4.1.1 整周期和非整周期采样对比实验49-51
• 4.1.2 信号幅值对相位差计算的影响51
• 4.1.3 信噪比对相位差计算的影响51-52
• 4.2 超声波相位差测量算法应用实验52-55
• 4.2.1 不同超声波频率下的超声波测距实验53-54
• 4.2.2 最小位移分辨率实验54-55
• 4.3 波长补偿装置验证实验55-57
• 4.4 大尺寸测距实验57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 总结与展望61-63
• 5.1 总结61
• 5.2 展望61-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况66

【参考文献】

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本文编号：678718