TDR型液位自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀信號(hào)處理與研究.pdf

1、近年來，隨著我國電子工業(yè)的迅速發(fā)展，液位測(cè)量技術(shù)也在飛速地發(fā)展，向著更高精度和更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。本文在分析了幾種現(xiàn)有的液位測(cè)量傳感器的性能、液位測(cè)量信號(hào)處理方法的基礎(chǔ)上，提出了利用時(shí)域脈沖反射技術(shù)（TDR）的液位測(cè)量技術(shù)，并研究了基于此技術(shù)研制的液位自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的液位測(cè)量信號(hào)處理方法。 我們研制的TDR型液位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有高精度、算法靈活、性能可靠、適用面廣和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。本論文的任務(wù)之一就是針對(duì)本系統(tǒng)液位測(cè)量信號(hào)的算

2、法研究，以及完成測(cè)量數(shù)據(jù)的分析處理，液位測(cè)量信號(hào)的標(biāo)定，以滿足系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境下液位測(cè)量信號(hào)處理的精度要求。論文主要工作包括以下內(nèi)容： （1）根據(jù)TDR型液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)距原理，針對(duì)液位測(cè)量信號(hào)受噪聲影響的特點(diǎn)，分析了TDR測(cè)量信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)際測(cè)量信號(hào)易受隨機(jī)噪聲影響的特點(diǎn)，給出了兩種信號(hào)消噪方法，F(xiàn)FT法和小波閾值消噪法，通過仿真模型的結(jié)果比較，得出利用小波閾值消噪法具有更高的精度。提出了采用db4小波基對(duì)信號(hào)分解4次的小波閾值

3、去噪方法，得到了對(duì)原始信號(hào)濾波處理的最佳消噪算法，使用非線性最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，優(yōu)化了小波閾值去噪的效果，并基于LabVIEW與MATLAB混合編程的思想實(shí)現(xiàn)了相關(guān)算法的仿真。系統(tǒng)測(cè)試顯示基于此方案的液位信號(hào)分析獲得了較高的測(cè)量精度，取得了良好的測(cè)試結(jié)果。 （2）如何提高TDR型液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度，是本論文研究的另一個(gè)重點(diǎn)。為提高系統(tǒng)測(cè)量精度，本文中對(duì)影響測(cè)量精度的溫度、零點(diǎn)漂移提出了軟件解決方案，并介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上

4、一項(xiàng)關(guān)鍵的部分——時(shí)間間隔展寬模塊，通過這一模塊將ns級(jí)信號(hào)在時(shí)域上展寬了106倍變成了ms級(jí)信號(hào)，從而提高系統(tǒng)液位測(cè)量的距離分辨率，實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量的高精度要求。 數(shù)據(jù)處理模塊中，針對(duì)液位信號(hào)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理，包括剔除因測(cè)量環(huán)境影響引起的異常數(shù)據(jù)，對(duì)由溫度引起的主要的系統(tǒng)誤差提出了解決方案，最后運(yùn)用穩(wěn)健高效的截尾均值法來消除測(cè)量數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差。 （3）對(duì)液位高度的標(biāo)定算法進(jìn)行了改進(jìn)，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，簡單地用分段線性插值法

5、的算法精度比較低，而拉格朗日插值法在一點(diǎn)插值時(shí)雖然計(jì)算方法較為簡單，但是如果以后在測(cè)定液位容積時(shí)，高次插值會(huì)出現(xiàn)“龍格”現(xiàn)象，因此在綜合比較了之后，本文提出了利用三次樣條插值法，不僅不會(huì)出現(xiàn)拉格朗日高次插值存在的病態(tài)性質(zhì)，而且保證了插值節(jié)點(diǎn)處的光滑度，這種方法在精度上比原來的方法有了很大提高，尤其是在以后計(jì)算液位容積曲線時(shí)具有較高的精度。 系統(tǒng)軟件部分采用Delphi語言編制，包含了算法實(shí)現(xiàn)、通信、顯示以及監(jiān)控中心主機(jī)測(cè)量及整體