基于超声波气体传感器的飞行时间测量系统

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ｃａｎｒｅａｃｈｆｓｌｅｖｅｌ，ａｎｄｔｈｅｓｉｎ＃ｅｍｅｓｕａｒｅｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎＣｎａｒｅａｃｈａｆｅｗｎｓ．ｈｅＴｓｙｓｔｅｍＣｎａｏｂｔａｉｎｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｉｍｅ — ｏｆ－ｌｆｉｇｈｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｂｉ — ｅｃｈｏｍｅｔｈｏｄａｎｄｄｉｇｉｔａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ
ｗａｖｅｇａｓｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ＣＵＩＹｕａｎ — ｙｕａｎ，ＷＡＮＧＢｏ — ｘｉｏｎｇ，ＬＩＵＪｉａｎ — ｎａｎ，ＬＩＷｅｉ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆ
ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄＭｅｃｈａｎｏｌｏｇｙ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）
关键词：超声波；飞行时间；希尔伯特变换；数字相关中图分类号：ＴＰ２１２文献标识码：Ａ文章编号：１０００－９７８７（２０１３）０６－００９８－０３
Ｔｉｍｅ — ｏｆ－ｌｉｆｇｈｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
９８

传感器与微系统（ＴｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
２０１３年第３２卷第６期
基于超声波气体传感器的飞行时间测量系统
ａｎｄｂｕｉｌｔ．Ｂｉ — ｅｃｈｏｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｉｂｒａｔｅｃｉｒｃｕｉｔｄｅｌａｙｏｆｓｅｎｓｏｒａｎｄｏｂｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎｌａｆｏｒｍｅｓｕａｒｅｍｅｎｔ．
Ｔａｋｅｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｗｏ — ｌａｙｅｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎｌａａｎｄｒｅｃｅｉｖｉｎｇｓｉｇｎｌａａｓｃｏａｒｓｅ
崔园园，王伯雄，柳建楠，李伟
（清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室。北京１０００８４）摘要：提出并搭建了一种基于双向回波法和数字相关法的超声波飞行时间测量系统。利用双向回波法
标定传感器的电路延迟，获取测量时所用的参考信号。以参考信号和接收信号之间二重相关函数的最大值处作为粗糙定位点，在其附近对经希尔伯特变换后的函数进行线性插值，获取过零点作为最终的时间测量值。系统的标定精度能达到ｆｓ级，单次测量精度能够达到几纳秒至几十纳秒。该系统的优势是能够以低配模式获得高精度且可信赖的飞行时间测量结果，可应用于距离、流量和风速测量等领域。
ｌｏｃａｔｉｏｎｐｏｉｎｔ，ｂｙｌｉｎｅｒａｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｎｇｔｈｅＨｉｌｂｅｒｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｆｕｎｃｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｔｈｉｓｃｏａｒｓｅｌｏｃａｔｉｏｎｐｏｉｎｔ，ｔｈｅｚｅｒｏ — ｃｒｏｓｓｉｎｇｐｏｉｎｔｉｓａｃｑｕｉｒｅｄｔｏｂｅｔｈｅｉｎｆａｌｍｅｓｕａｒｅｍｅｎｔｖａｌｕｅｏｆｔｉｍｅ — ｏｆ－ｌｆｉｇｈｔ．Ｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ