超聲波液位計(jì)及流量計(jì)在測(cè)量中時(shí)差法的探討  二十五

5．1總體方案設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)生、微控制器、數(shù)據(jù)采集、相位檢測(cè)四部分構(gòu)成。下面以傳感器1作為發(fā)射傳感器為例，說明其工作原理。首先通過人機(jī)界面設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；然后由微控制器(MCU)控制直接數(shù)字頻率合成器(DDS)“7“砌產(chǎn)生頻率1M／-／Z的信號(hào)，再控制多路選擇器將傳感器設(shè)為發(fā)射傳感器，傳感器2為接收傳感器：微控制器根據(jù)所設(shè)定參數(shù)確定在某一時(shí)刻對(duì)發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣，采樣結(jié)果送FPGA處理，直接計(jì)算出兩通道采集信號(hào)與參考信號(hào)的相位差，得出頻率在IM／yz收發(fā)信號(hào)間的相位差；MCU根據(jù)相位差和系統(tǒng)參數(shù)確定頻率調(diào)節(jié)方向和步距，控制DDS再產(chǎn)生一個(gè)頻率在LMHz附近的另一頻率信號(hào)，經(jīng)過同樣的數(shù)據(jù)采集和處理過程得出該頻率對(duì)應(yīng)的相位差，根據(jù)所提出的時(shí)間測(cè)量方法，即可得出超聲波信號(hào)的傳播時(shí)間。

5．2系統(tǒng)各組成部分的功能

由前面的誤差分析部分可知傳感器的中心頻率會(huì)對(duì)測(cè)量精度有很大影響。在相位誤差恒定的情況下，頻率越高，相位誤差帶來的測(cè)時(shí)誤差也越小，而頻率并非越高越好：發(fā)射信號(hào)頻率增高，使得系統(tǒng)工作頻率也增高，采樣頻率也增高，增加系統(tǒng)總體功耗，而且高頻信號(hào)更易受干擾；更重要的是超過1MHz超聲波信號(hào)在介質(zhì)中傳播時(shí)衰減顯著加快，使得接收信號(hào)幅度過小，信噪比也降低，這樣，既增加接收信號(hào)處理難度和實(shí)現(xiàn)成本，又降低了測(cè)量精度。綜合以上因素并結(jié)合實(shí)際情況，實(shí)際應(yīng)用中可采用中心頻率為1MHz超聲傳感器。

電磁流量計(jì)