【摘要】：導(dǎo)波雷達液位計已經(jīng)發(fā)展了三十多年,無論是早期功能單一的儀表亦或是現(xiàn)代的自動化儀表,測量原理早已趨于成熟,且鮮有創(chuàng)新性的突破,后續(xù)的研究只是在測量方法或是信號處理上做出些許改進、創(chuàng)新。因此液位測量儀表的發(fā)展方向是以新的科技為支撐,使之更加集成化和智能化。本文設(shè)計的液位計儀表基于時域反射的測量原理,以低功耗為主線,從器件選型,方案選擇,電路設(shè)計,傳感器制作等方面,提出了一種新的設(shè)計思路。在滿足功耗和板上面積的前提下,采用冗余設(shè)計的思想,即關(guān)鍵模塊設(shè)置備用,或為今后擴展或增加系統(tǒng)可靠性。本文主要討論導(dǎo)波雷達液位計的硬件設(shè)計,采用系統(tǒng)化的設(shè)計方法,將系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)并進一步按功能細分為不同的電路模塊。首先針對各個電路模塊的實現(xiàn),從多種方案出發(fā),分析各自的優(yōu)缺點,選擇最佳的實現(xiàn)。對于低成本的采樣電路實現(xiàn),等效采樣是唯一的選擇,系統(tǒng)大量采用低功耗的器件,從微控制器到無源器件,功耗和漏電流等指標是選擇的標準。電源電路的設(shè)計從兩種角度著手,電池供電時采用LDO線性穩(wěn)壓器的提供所需電源,而直流24V供電時則采用集成化的解決方案,單個芯片便可提供系統(tǒng)所需的所有電壓等級,而且對HART通信有更好的支持,兩種方案皆不會占用過多的板上面積。通信方式選擇在傳統(tǒng)的4~20mA電流環(huán)路中添加頻移鍵控HART調(diào)制解調(diào)器,使得可以同時傳送多個現(xiàn)場變量,同時保留RS485作為備用。微控制器選用意法半導(dǎo)體的低功耗產(chǎn)品,其豐富的外設(shè)和優(yōu)越的性能除了滿足系統(tǒng)基本功能和功耗要求外,通過移植嵌入式系統(tǒng)和協(xié)議�？梢詫σ蕴W(wǎng)通信有較好的支持。作為直接采樣的基礎(chǔ),從超寬帶窄脈沖的實現(xiàn)出發(fā),通過仿真實驗以數(shù)字門電路結(jié)合階躍恢復(fù)二極管實現(xiàn)了一種皮秒級的窄脈沖發(fā)生器。對于發(fā)射信號與回波的時間間隔的測量,可采用FPGA實現(xiàn)的延時鏈路或?qū)Ｓ眉呻娐窌r間數(shù)字轉(zhuǎn)換器件,簡化系統(tǒng)的復(fù)雜性。最后探討了作為信號載體的傳感器的設(shè)計方法。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH816
【圖文】：

0G j C RLG CRLRLG C GC圖 2-1 傳輸線模型號的傳輸過程中，若線路存在阻抗不一致的地方，就會在該出產(chǎn)時產(chǎn)生反射信號。該點的阻抗視為負載阻抗，由反射系數(shù)公式 2-3信號在同軸線中正常傳輸沒有遇到阻抗突變點時，L0Z Z，即相同，此時反射系數(shù)為零信號沒有反射，沒有回波信號。同軸線發(fā)生斷路時，LZ ，此時反射系數(shù)趨近于 1，信號發(fā)生信號與發(fā)射信號同極性。

圖 2-3 短路時的反射情況和斷路以外的阻抗不匹配，信號部分反射，反射信號的。圖 2-4 阻抗不等時的反射情況信號的極性可知同軸線發(fā)生了什么樣的阻抗突變，通過時間差，就可以準確定位發(fā)生阻抗突變的位置。圖 2-5量方法，基于該原理，若存儲被測液體的罐體高度為 H之間的時間差，用該時間差乘以空氣中電磁波的速度

第二章 導(dǎo)波雷達液位計理論分析③當同軸線發(fā)生短路時， 0LZ ，此時反射系數(shù)趨近于-1，信號同樣發(fā)生全反射，但反射信號與發(fā)射信號極性相反。圖 2-3 短路時的反射情況④除短路和斷路以外的阻抗不匹配，信號部分反射，反射信號的幅度小于前兩種情況的幅度。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 楊朝虹;李煥;;新型液位檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];工礦自動化;2009年06期

2 馬凱,楊公訓(xùn),馬雷,陳思佳;高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中斜波式延時電路的設(shè)計[J];電測與儀表;2005年10期

3 黃健,張?zhí)N玉,胡修林;一種高速順序采樣方法[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年08期

4 陳小橋,劉愛榮,亓長軍;基于等效時間采樣的高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)[J];電測與儀表;2002年08期

5 李冬梅;國內(nèi)外液位計量儀表技術(shù)發(fā)展動向[J];儀器儀表用戶;2002年03期

6 鄭金吾,王子平,朱利民;導(dǎo)波雷達──液位測量技術(shù)的新發(fā)展[J];石油化工自動化;2001年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 趙虹兵;脈沖發(fā)生器信號合成模塊設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2016年

2 李林巍;導(dǎo)波雷達液位計回波信號處理模塊設(shè)計方法研究[D];電子科技大學(xué);2014年

3 譙艷;導(dǎo)波雷達物位計回波信號采集與處理方法研究[D];華中科技大學(xué);2014年

4 周來媛;導(dǎo)波雷達物位計的信號處理及應(yīng)用分析[D];重慶大學(xué);2012年

5 葉旭;導(dǎo)波式雷達物位計信號處理方法研究與實驗[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

6 劉偉佳;導(dǎo)波雷達液位計信號處理模塊設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2010年

本文編號：2797612