银川油浸式变压器自适应双门限触发法研究_0

银川油浸式变压器自适应双门限触发法研究     银川油浸式变压器具有不扰乱流场、无可动部件、无压力损失、测量精度高、性能稳定可靠及测量范围宽等特点，广泛应用于流体流量的测量。银川油浸式变压器按测量原理分为时差法、多普勒效应法、相关法及波普偏移法等，其中时差法应用最广泛。时差法银川油浸式变压器的关键在于精确地测量在流体中顺逆流传播的时间差。在实际的银川油浸式变压器中，发射信号一般是信噪比较高的方波，计时开始时刻容易确定；而接收信号时，由于超声换能器的谐振特性并且超声传播过程中存在衰减和噪声干扰，精确判断接收信号的到达时刻比较困难，从而制约着测量精度的提高。
双门限电平触发法是一种确定信号到达时刻的检测方法。双门限电平触发原理概括为“前沿检测与特征点触发定时”。在原理上，双门限电平触发法既消除了噪声电平的影响，也消除了相位误差。但是，在实际应用时双门限电平触发法还存在着不足之处。由于衰减作用和流动噪声的干扰，特别是在进行流量测量时，接收信号的幅值波动很大，虽然使用自动增益控制电路（AGC）可有效地压缩信号幅值的波动范围，使信号基本保持稳定，但是因为接收信号的包络发生较大变化，而门限电平为固定电压值，很易发生误触发。因此笔者提出一种测量接收信号的实际幅值对触发电平进行实时控制的方法———自适应双门限触发法。
1 方法原理
图1为双门限电平触发法示意图。该方法预先设定一个触发电平，当接收信号幅值达到此电平时给出触发允许，当信号到达特征点时，作为信号的到达时刻。图1中的特征点选为触发点之后的******负过零点。超声传播通道的衰减作用和噪声干扰通常会造成超声信号形状畸变，故特征点一般选择那些被认为不易受波形变化影响的位置，如过零点或峰值点等，这样可以避免因为信号幅值变化而引入相位误差。图1中发射信号为脉冲信号，接收信号为枣核形包络的一簇正弦波信号，双门限法的******门限为触发电平，作用是消除噪声电平的影响。第二门限为过零电平，与接收信号进行比较，起到过零检测的作用，可以有效地消除相位误差，提高传播时间测量的准确性。

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图1 双门限电平触发法
自适应双门限触发法是跟随接收信号包络变化实时改变触发电平的方法，可减少错波现象的发生。自适应双门限触发法的关键是准确计算适当的触发电平。采用在两个连续峰值之间取值的方法来计算触发电平。这两个连续峰值的选取基于以下两个原则：能够更有效地消除噪手 机：15006359039声电平的影响；两个峰值之间有较大电压联系人：马经理差值，并且在包络发生变化时，两个峰值电压的幅度相对稳定。通过进行大量实验发现，在所检测到的正弦波簇中，第二个和第三个峰值满足条件。所以，首先需要测量这两个峰值（目标峰值），然后才能通过计算得到适当的触发电平。
在设计中，使用峰值保持电路对信号进行峰值保持，同时对峰值信号进行高速AD采样，然后在单片机中对数据进行处理，得到目标峰值电压。有两种峰值保持电路，一种电路允许接收信号全部通过，称为峰值保持电路1。接收信号经过此电路后，能够获得正弦波簇的包络顶点前的全部峰值信号，如图2所示。在发射激励脉冲信号后，开始对峰值保持电路1的信号进行高速AD采样，能够获得正弦波簇中******峰值前的每个峰值的电压值，即图2中的Ua0～Ua7。另一种电路控制接收信号部分通过，称为峰值保持电路2。接收信号经过此电路后，能够获得正弦波簇的包络******值前的部分峰值信号，如图3所示。在设计中，此电路使用了3个，分别用来保持接收信号中的连续3个峰值。在接收信号通过之后，对3个峰值保持电路2的信号依次进行AD采样，能够分别获得触发电平后3个峰值的电压值，即3中的Ub1、Ub2、Ub3。