利用多普勒效应测车速超声波实验中动态测量和静态测量有什么优缺点?

流量测量仪_升隆电子
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本文在首期研究基础上首次将互易性电路的设计应用 于气体超声波流量计中,流量测量仪,设计了一种阻抗匹配的气体超声 波流量计收发电路,实现了互易性气体超声波流量计测量 系统,进行了静态下不同换能器的配对实验和温度实验。电路的设计应当从发射电路和换能器直接连接的一级 信号接收处理电路入手,实现阻抗匹配。以消除零点漂移现象提高流量计的测量准确度。流量测量仪,换能器配对实验和温度实验表明:互易 性测量系统显著改善了流量计的零点漂移问题,并具有良好的测量稳定性。零点漂移现象不仅影响超声波流量计(USMs) 1测量 结果的稳定性,流量测量仪,更严重影响流量计在小流量时测量准确度。 通过设计互易性收发电路,使超声波测量系统工作在互易 模式下是解决零点漂移问题的有效途径。根据电声互易理 论,若系统工作在互易模式下,则在零流速,顺逆流接收信 号的幅值和相位将会完全一致,故而系统的零点误差和零 点漂移也会被完全消除。1982年,Hemp J首先将电声互易 原理引入到超声波流量计测量领域,并对其进行了证 明。
超声波初级接收电路如图2所示。流量测量仪 ,主要由模拟切换开 关和电压跟随电路组成。接收电路中使用的模拟开关与发 射电路使用的模拟开关相同,其导通阻值可以完全抵消。流量测量仪 , 在电压跟随电路中,运算放大器的放大倍数足够大,在分析 电路时可以认为,运放两输入端的电位近似相等,流过运放 输入端的电流近似为零。接收电路的等效阻抗就可以看成 模拟开关的导通阻值与匹配电阻Rl的和,而与后序的放大 处理等电路无关。可以发现流量测量仪 ,,只要设置合适的值使R,s + Rm与 Rl的值相等,即可实现阻抗匹配。在一般情况下,Rm不足 1 H的阻值对结果的影响可以忽略,只要匹配合适的Rs与 Rl的值使其相等即可实现理论上的阻抗匹配。测量系统使用 MSP430249作为处理器。流量测量仪 ,接收到的超声波信号经过放大, 自动增益控制等将信号放大到标准大小,通过双阈值法处 理信号,以特征过零点作为信号的到达时钟。
超声流量计作为新型的高精度的流量测量仪表,具有 测量范围宽、精确度高、无可动部件、无压损、安装使用 费低、具备自诊断功能等优点。流量测量仪 ,在20世纪末期开始 在天然气计量领域中被广泛采用,并逐渐在越来越多的工 程应用中取代传统的涡轮和孔板流量计。超声波流量测量 法有多种,依据信号检测原理的不同可以划分为:多普勒 效应法、传播时间法(时差法)、波束偏移法、噪声法和 互相关法等几种。其中,流量测量仪 ,多普勒效应法和传播时间法是目 前超声波流量计通常采用的方式,以下是对这两种方法的 论述.多普勒型超声流量计对介质流速的检测主要是利用相 位差法,其测量原理为:当某一已知频率的声波在运动流 体中传播时,在流体自身运动的影响下,流量测量仪 ,声波在两发射器/ 接收器间的频率和相位会出现一定程度的差异,通过检测 此差异就可以确定出流体的速度。采用多普勒效应法的超声波流量计也有一定的应用局 限性,其对被测介质的要求较高,需要被测介质可以适量 反射超声波信号,且其中的杂质含量也需要处于相对稳定 的水平。
通过以上论述,液体超声波流量计量系统在原油、成 品油管道设计中应注意的问题归结如下:1)交接计量用的超声波流量计应为采用传播时间法的 多声道、插人式。2)流量计在设计时,应该确保其直管段长度在合理的 范围内,同时配套整流装置,且建议直管段和整流装置均由流量计厂家配套提供。3)仪表的安装位置必须符合相关规范的规定,流量测量仪 ,以保证 测量参数的一致性。4)仪表的精度应在合理范围内,并满足系统的整体计 量要求。5)采用“活塞式体积管+标准流量计”的标定方式 时,应考虑对体积管缸体的保护,当介质洁净程度不理想 时,建议在体积管进口处增设过滤器。随着相关计量技术的迅猛发展以及计量相关标准规范 的日益完善,液体超声波流,量计的性能和适用范围不断提 高,在原油成品油贸易计量中的应用也会越来越广泛。流量测量仪 超 声波流量计所表现出的大量程、零压损、自诊断功能及相 对较低的全寿命周期维护成本等方面的优势,将为原油、 成品油交接计量提供更大的便利和支持。
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基于超声波测距技术的小型无人机高度测量方法研究
【摘要】:高度数据是小型无人机飞行控制的重要参数,目前普遍采用气压传感器感知大气压强变化,通过气压高度公式计算得到海拔高度,或直接由GPS接收模块的NMEA0183数据报文得到海拔高度数据。为实现小型无人机的自主起飞、着陆或在地形复杂的环境下超低空飞行,需要获得较高精度的相对高度数据。微小型无人机对飞控系统的重量、体积和功耗有着苛刻的限制,难以通过无线电高度表、测距雷达等传统成熟手段获得相对高度数据。近年来,采用超声波测距技术获取更高精度相对高度数据的方法以短距离超声测距传感器体积小、重量轻、功耗低及精度高的优势,在微小型无人机飞控系统中正受到越来越多的重视。本文分析论述了小型无人机飞行控制对高度参数的测量需求、各种高度测量技术的原理和特点以及国内外小型无人机高度测量技术的研究与应用现状;深入分析研究了空气的温湿度和气压、超声换能器输出信号频率和波束角、多普勒效应和不同飞行状态等多种因素对小型无人机超声波高度测量的影响。为对小型无人机超声波高度测量的静、动态特性进行实验研究和测试验证,设计搭建了一个由ARM Contex-M3微控制器STM32F103TB开发板、无线数传电台和Phantom2微型四旋翼无人机构成的实验研究平台。文中详细论述了平台嵌入式软件系统的总体结构、软件模拟I2C接口和UART接口、主要传感器数据采集与处理、通信数据帧封装与无线发送等各关键程序模块的设计思想和过程,以及上位机软件中数据无线接收、显示和记录等功能的设计与实现。借助该平台,对采用数字式超声波测距模块KS103获取小型无人机相对高度参数的诸多关键问题进行了测试分析和实验研究,论文分析讨论了在不同测试条件下获得的静态测试数据,和搭载Phantom2在室外不同地面条件下飞行测试获得的动态数据,给出了由静、动态测试数据得到的分析结论。希望本文对超声波高度测量方法涉及的关键问题进行的理论分析和实验研究结论可供微小型无人机高度测量技术研究与飞行控制系统设计参考借鉴。
【学位授予单位】:内蒙古工业大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2015【分类号】:V249.1
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400-819-9993中高层大气风场探测多普勒非对称空间外差技术研究--《中国科学技术大学》2017年博士论文
中高层大气风场探测多普勒非对称空间外差技术研究
【摘要】:中高层风场探测对于理解大气动力学和光化学过程,建立大气动态模型,提供中长期天气预报,保障航空航天事业的发展具有重要的作用。被动风场探测以中高层大气中的气辉为光源,通过谱线的多普勒效应反演风场参数。典型的被动风场探测技术包括Fabry-Perot干涉技术和Michelson干涉技术。近年来,多普勒非对称空间外差(Doppler Asymmetric Spatial Heterodyne,DASH)技术以其宽视场、大光通量、高光谱分辨率、静态干涉和多谱线同时探测的优点迅速成为被动风场探测的研究热点。结合空间外差光谱技术和Michelson干涉技术,通过大光程差处干涉相位的变化反演风速。国际上对DASH技术的研究已经有一定的基础,设计地基探测氧红线干涉仪。为了研制稳定性较高的仪器,采用Koster棱镜分光形成共光路单臂式干涉仪结构,增大系统的光程差要以成倍增加仪器体积为代价,因此在星载仪器设计时采用了双臂式方案。另一方面,风速通过干涉绝对相位差分获得,具有抗干扰能力强的特点,目前的风速反演并没有考虑相位计算过程中的数据处理误差,然而低相位灵敏度和数据处理误差两方面均影响了实际的风场探测精度。基于以上考虑,本文研制了双臂大光程差DASH干涉仪LODI(Large Offset DASH Interferometer,LODI),通过设计风速模拟器并搭建实验平台实现风场模拟探测。在数据处理过程中,提出窗函数参数的优化选择方法和相位漂移校正方法,实现干涉数据的误差修正,提高风速反演精度。本论文的主要工作包括以下几个方面:1.基于DASH技术的风场探测机理研究。从探测目标的选择出发,阐述了探测目标的性质和对干涉仪系统设计的要求。在DASH理论模型的基础上,针对风场探测需求对干涉仪关键指标进行理论分析和推导,明确系统参数设计的理论依据。2.依据DASH干涉仪基本原理提出LODI的仪器参数,进行系统仿真分析和设计。对干涉仪光学元件误差(分束器、扩视场棱镜、光栅等)、系统噪声和环境变化等因素产生的基频漂移、绝对相位误差和风速误差进行了仿真和定量分析;根据干涉仪的探测需求,参考性能指标设计系统的详细参数。3.基于DASH技术的风场反演算法研究。通过对比分析傅里叶级数法和傅里叶变换法求解干涉相位的优劣,得出后者更适合应用在DASH干涉相位获取。在确定相位算法的前提下,对数据处理中的误差进行分析,指出窗函数作为一个外部变量,是引起干涉数据误差的原因。提出窗函数优化选择方法,指出通过选择半高宽为2的Nuttall窗,能够使由窗函数参数产生的风速误差最小化。4.LODI风场探测实验研究。根据风速模拟基本原理,给出风速模拟器的机械设计方案,并且定量分析了风速模拟器的模拟风速误差,指出总风速模拟误差约为1.3%,主要是由夹角误差和测量误差导致。以干涉仪系统为核心搭建试验装置进行风速模拟探测,对干涉数据进行误差修正。通过在光谱变换时进行窗函数优化分析,指出在光程差间隔内矩形窗产生的风速误差达1.75m/s,Nuttall窗下的风速变化最小,约0.75m/s。随着窗函数半高宽增加,风速误差变大。选择半高宽为2的Nuttall窗函数,使在风速47.62 m/s时的风速误差减小了约1.5 m/s。通过测量多组同一风速下的干涉图频移,反演得到风速误差为6.1 m/s,该误差主要来源于相位漂移。为了消除相位漂移误差对风速的影响,通过连续采样的方法进行相位漂移误差校正,风速误差在校正后降低了 28 m/s,从而实现测量精度的提高。在34.19 m/s到78.63 m/s范围内进行24组风速模拟探测实验,得出相应的风速反演误差和不确定性,最终获得2.92m/s的实验室风速模拟探测精度。
【学位授予单位】:中国科学技术大学【学位级别】:博士【学位授予年份】:2017【分类号】:P412.2
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超声考试天天练189
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2
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D.层流?
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3
检查心血管病如瓣膜狭窄,彩色多普勒血流成像的彩色图(colormap)应选择下列什么模式 ( )
A.选择低速度标尺的彩色图?
B.选择红黄绿三色彩色图?
C.用零位基线移动显示一种彩色的彩色图?
D.选择两色彩色图?
E.以上都不是
4
超声系统分辨两个与声束轴垂直的声学界面的能力是:
A.纵向分辨力?
B.横向分辨力?
C.声阻抗?
D.界面定义
5
彩色多普勒血流成像时使用高通滤波可达到什么目的 ( )
A.便于检查流量大小?
B.检测高速血流时不受低速运动多普勒信号的干扰?
C.可以用于显示血流的方向?
D.便于检查极低速的血流?
E.增大检测深度
试题答案
B 、C 、B 、B 、B
超声考试天天练188
超声背向散射与下列哪种因素有关:
A.整个测量系统?
B.组织内在的散射特性?
C.以上二者都有关?
D.以上二者都无关
2
囊肿的声像图特征是 ( )
A.边界回声不定?
B.外形不定?
C.内部无回声?
D.后方回声衰减?
E.侧缘声影不定
3
如果脉冲重复频率是10KHz,下面哪种多普勒频移可导致混叠 ( )
A.2KHz?
B.3KHz?
C.4KHz?
D.5KHz?
E.6KHz
4
关于彩色多普勒血流成像的性能下述哪种是正确的 ( )
A.能显示平均速度为零的灌注区的血流?
B.血流成像对超声入射角的相对非依赖性?
C.不出现彩色血流信号混叠?
D.不能显示血流速度快慢?
E.能显示血流方向?
5
关于声场的特性,不正确的是 ( )
A.声束有一个大的主瓣和一些小的旁瓣组成?
B.超声频率越高,近场越长?
C.超声成像主要依靠探头发射的主瓣?
D.声场可分近场、中场和远场?
E.声束的近场集中,远场分散
试题答案
B、C、E、E、D
超声考试天天练187
用彩色多普勒血流成像技术检测末端小动脉血流时,下列哪项调节正确 ( )
A.较大的取样容积?
B.高通滤波器?
C.高速度标尺?
D.彩色图选用两色图?
E.减低多普勒增益
2
反射回声频率的改变,取决于反射体的运动,这称为 ( )
A.入射角度?
B.多普勒效应?
C.传播?
D.自然反射?
E.混响
3
下列哪一项不是经阴道超声检查的禁忌证 ( )
A.未婚女性?
B.月经期?
C.阴道炎症?
D.盆腔肿块?
E.阴道畸形
4
以下哪些条件可使超声束聚焦和散焦:
A.凹透镜或凸透镜?
B.声透镜?
C.A和B两项?
D.超声束不能聚焦仅光线可以聚焦?
5
关于旁瓣伪像,不正确的是 ( )
A.旁瓣伪像由主声束以外的旁瓣反射造成?
B.节育器产生的彗星尾征属旁瓣伪像?
C.在结石两侧出现的“披纱征”属旁瓣伪像?
D.在肠气两侧出现的“狗耳征”属旁瓣伪像?
E.旁瓣伪像在一些低档超声存在较为明显
试题答案
D、B、D、C、B
超声考试天天练186
CDFI检查时导致血流方向和速度表达错误的常见原因有 ( )
A.频谱滤波设置过高、闪烁伪像、组织震颤?
B.频谱滤波设置过低、闪烁伪像、快闪伪像?
C.彩色混叠、方向翻转键设置不当、探头倒置?
D.频谱滤波设置过高、多普勒超声衰减、呼吸?
E.心搏、大血管搏动、结石
2
声像图毗邻回声一般不包括下述哪项 ( )
A.病变与毗邻脏器间有无粘连、挤压?
B.病变是否侵犯周围邻近脏器?
C.有无周围淋巴结肿大,周围血管有无异常?
D.有无继发性管道扩张(胆管等)?
E.邻近脏器是否有器质性病变
3
使用5MHz的探头,在某一材料中的波速为每秒1500米,其波长为 ( )
A.0.3mm?
B.0.3cm?
C.0.6mm?
D.0.6cm?
E.0.8mm
4
欲了解所检测的血管的血流是否为高阻力,应用频谱多普勒测量什么 ( )
A.收缩期速度(Vs)?
B.阻力指数(RI)?
C.平均速度(Vm)?
D.速度时间积分(VTI)?
E.舒张期速度(Vd)
5
为检查肝细胞癌的病灶内血流,用哪一种多普勒技术最简便有效 ( )
A.M型彩色多普勒?
B.彩色多普勒血流显像?
C.多普勒能量图?
D.彩色多普勒能量图与超声造影并用?
E.以上都不是
试题答案
C、E、A、B、C
超声考试天天练185
声频在16~20kHz之间称为:
A.不可听声?
B.可听声?
C.超声?
D.次声?
2
当血流频移信号大于1/2PRF(脉冲重复频率)时出现折返,1/2PRF是 ( )
A.快速傅立叶变
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