【摘要】：超聲波相位法測距對超聲波頻率基準(zhǔn)和相位基準(zhǔn)的要求很高,因此研究高精度超聲波基準(zhǔn)對提高超聲波測距的精度具有極其重要的意義。本文選用FPGA作為超聲波頻率基準(zhǔn)和相位基準(zhǔn)發(fā)生器,其中FPGA產(chǎn)生的超聲波頻率基準(zhǔn)易于控制且不隨外部因素影響,但FPGA產(chǎn)生的超聲波相位基準(zhǔn)則會受到器件、換能器等外部因素的影響。為實現(xiàn)對FPGA產(chǎn)生的超聲波相位基準(zhǔn)的精確測量和控制,需要構(gòu)建一套完整的FPGA超聲波信號源發(fā)生系統(tǒng)和精確的超聲波相位檢測系統(tǒng)。針對上述研究要求,建立FPGA+DDS硬件實驗平臺作為超聲波頻率基準(zhǔn)和相位基準(zhǔn)的實驗裝置。在上位機(jī)中設(shè)定FPGA+DDS實驗平臺輸出的雙路正弦波數(shù)據(jù)的頻率、相位和幅度,通過雙路A/D采集卡AC6684高速連續(xù)采樣輸出信號,用本文提出的相位差檢測算法進(jìn)行相位差測量,得出已設(shè)定的相位差數(shù)值與實際相位差數(shù)值的差。設(shè)定雙路正弦波相位差間隔10°,從0°到90°共十組,每組做五次重復(fù)實驗并計算五次數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。為了提高相位差檢測的精度,本文提出整周期化算法將40kHz超聲波數(shù)據(jù)整周期化,使其可以經(jīng)FFT(快速傅里葉變換)變換到頻域而不發(fā)生頻譜泄漏。數(shù)據(jù)在頻域中經(jīng)過去噪處理后再經(jīng)IFFT(快速傅里葉逆變換)轉(zhuǎn)換到時域中進(jìn)行相位差檢測,用本文搭建的硬件實驗平臺生成39.0625kHz超聲波整周期數(shù)據(jù)進(jìn)行對照實驗。為了模擬硬件平臺和現(xiàn)實環(huán)境對超聲波的干擾和衰減,生成等幅和不等幅的雙路超聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行對照實驗;另生成一組白噪聲數(shù)據(jù),將其按比例縮小為超聲波數(shù)據(jù)幅度的3%和5%的加性干擾數(shù)據(jù)和乘性干擾數(shù)據(jù)。將實驗分為40kHz和39.0625kHz、等幅和不等幅、有干擾和無干擾、加性干擾和乘性干擾、經(jīng)過頻域去噪和未經(jīng)頻域去噪等對照實驗組,記錄實驗數(shù)據(jù)、繪制數(shù)據(jù)圖表并分析數(shù)據(jù),為后續(xù)進(jìn)一步的實驗研究提供參考。
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論1.1 超聲波及超聲波測距聲波是一種機(jī)械波，每秒鐘聲源振動的次數(shù)就是聲音的頻率。普通人的聽覺可以感受到 20Hz 到 20kHz 頻率的聲波，按照這個標(biāo)準(zhǔn)把頻率高于 20kHz 的聲波稱為超聲波。超聲波具有很多特殊的性質(zhì)，它容易反射和接收，在多種介質(zhì)中都可以傳播，方向性好，易于獲得較集中的聲束，，可以傳遞巨大的能量，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用[1-3]。

1 2sin[ ( )]xP P P vA tv (1聲波在單位時間內(nèi)通過與傳播方向垂直的單位面積傳播的能量定義為聲強(qiáng)強(qiáng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：22PI v(1其中 為介質(zhì)密度，v為聲速。由于超聲波以上一些固有的特點(diǎn)，使其天然的適用于非接觸式距離測量。超測距主要方法有以下 3 種：1：渡越時間法一些手持式的超聲波測距儀主要用的就是渡越時間法，該方法是利用超聲介質(zhì)中傳播速度大致恒定且在一定范圍內(nèi)沿直線傳播的特點(diǎn)，測量超聲波發(fā)接收的時間差，通過計算時間和速度的乘積即可得到距離。該方法簡單易行時只需發(fā)射一定數(shù)目的超聲波脈沖，但波速會受到環(huán)境溫濕度的影響，系統(tǒng)反夠及時影響其實時性。如果測量距離過大也會影響測量精度，因此只能使用于測量的場合。結(jié)合其他方法如相位差法等可發(fā)揮較好的效果[9-10]。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O426

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2670513