超声波液位测量技术在航空领域应用的研究

【类型】学位论文

【作者】钟慧婷 

【关键词】 液位测量 超声波测量 油量测量系统 燃油油位 电容式传感器 航空油量

【摘要】在航空油量测量系统中，燃油油位的精确、稳定测量，对飞机燃油油量控制有着重要作用。目前燃油油位检测普遍采用电容式传感器，电容式传感器有精度低、稳定性差、对煤油含水敏感等缺点。因此，设计和开发一种具有高精度、高稳定性并且抗干扰能力强的液位测量仪，对航空油量的控制有重要的意义。 随着各种新型检测技术的出现和微处理技术的进步，液位检测技术有显著发展。其中超声波检测技术以其优秀的性能、低廉的价格和使用方便等优点被广泛应用于各个领域的液位测量。超声传感器相对于电容式传感器具有结构简单、测量精度高、测量稳定性好、抗干扰能力强等优点，但超声传感器仍存在测量盲区，对倾斜液面检测困难的缺点。要实现超声技术在航空领域液位测量的应用，就必须在发挥超声技术的测量优势的同时，减小超声波传感器的盲区、实现对动态倾斜液面的检测。 本文围绕超声波液位测量技术在航空领域的应用这一目标，对超声波传感器的结构、超声波液位测量仪的系统和测量的算法进行了研究，设计了一种动态高精度超声液位实时测量仪，它具有小盲区、抗振动以及能实现大角度倾斜液面测量等特点。 针对航空测量环境，本系统采用波导管结构，它避免油箱结构对测量的影响的同时，屏蔽了油箱内外部机械波的相互干扰。波导管底部通液孔保证了导管内液面对油箱液面跟随的同时减小了管内被测液面的波动。因超声波回波测量法的原理限制，液面发生大角度倾斜时，系统无法收到回波信号，本文通过大量的实验研究提出浮子反射测量法，该法实现了浮子对倾斜液面的跟随，在液面发生倾斜时，接收浮子底部反射的超声波实现测量，能检测到倾斜角高达50度时的液面。 为避免温度、压强、液体波动等因素对声速的影响所带来的测量误差，本系统提出利用标尺块实现的液位高度算法，避免了声速变化对测量精度影响。本文通过对超声波波动特性和换能器振动原理的分析，提出叠加消除法消除超声波拖尾，并软件仿真和实验证明该方法的对消除拖尾的效果。因标尺块的引入，超声波的回波信号变得比较复杂，在对各种回波信号的识别过程中，根据回波性质的不同对回波进行分别识别。为了防止各种突发信号(强振动、外机械波)对测量回波信号的干扰，本文提出了标准值对标尺块辨别，提高了系统进行液位测量的抗振动、抗干扰能力。最后文章对仪器各方面性能进行实验和测试，实验数据充分证明了超声波技术在航空测量领域的应用潜力。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】四川大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】廖俊必

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