[发明专利]一种高精度超声波位移测量系统

权利要求书

1.一种高精度超声波位移测量系统，其特征在于，包括：

超声波发射/接收单元、

对接收到的超声波信号进行处理的超声波信号处理单元、

触发所述超声波发射单元第一次发射超声波以及稳定系统输出频率的锁相单元、

补偿不同温度值对超声波传播速度的误差的温度补偿单元、

输入不同材质下超声波传输速度值的输入单元以及显示测得的位移值的显示单元；

所述超声波发射单元，包括：产生功率窄脉冲信号的激励脉冲发生器、发射超声波的超声波换能器；

所述激励脉冲发生器产生的功率窄脉冲信号驱动超声波换能器发射超声波；所述超声波经过被测物返回后，立即触发下一次超声波的发射，多次往返后形成一个频率信号，所述频率信号输入到锁相环；

所述锁相单元输出频率f′稳定后，若突然出现频率相差较大的信号，但下一个周期恢复正常，锁相单元将保持稳定；

已知输入单元输入的超声波传输速度值为V，则被测位移L为：

L＝V÷f'÷2。

2.根据权利要求1所述的一种高精度超声波位移测量系统，其特征还在于：

所述锁相单元发出的方波信号的下降沿触发激励脉冲发生器产生功率窄脉冲信号，并激励超声波换能器发出超声波信号F；

所述超声波换能器发射的超声波遇到被测物体后反射回来的回波信号经过数据处理后形成脉冲信号；

所述脉冲信号经多次往返后形成一个频率信号，所述频率信号输入到锁相环；

根据锁相环稳定后的频率f′以及所述输入单元输入的不同材质下超声波传输速度值计算位移；所述输入单元输入的超声波传输速度值通过温度补偿单元补偿不同温度值对超声波传播速度的误差。

3.一种高精度超声波位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

锁相单元发出的方波信号的下降沿触发激励脉冲发生器产生功率窄脉冲信号，并激励超声波换能器发出超声波信号F、接收到超声波信号并进行处理、发射超声波并由锁相环稳定系统的输出频率、补偿不同温度值对超声波传播速度的误差得到的位移值；

S1：由锁相单元发出的方波信号的下降沿触发激励脉冲发生器产生功率窄脉冲信号，并激励超声波换能器产生超声波信号F；

S2：所述超声波换能器发射的超声波遇到被测物体后反射回来的回波信号经过数据处理后形成脉冲信号,所述脉冲信号多次往返后形成一个频率信号；所述的数据处理包括：自动增益、滤波、电压比较；

S3：所述频率信号输入到锁相单元，直到锁相环的输出频率f′等于所述超声波换能器发射超声波的发射频率f″；

S4：根据锁相环的输出频率f′以及输入的不同材质下超声波传输速度值计算位移；所述输入的超声波传输速度值通过温度补偿单元补偿不同温度值对超声波传播速度的误差。

4.根据权利要求3所述的一种高精度超声波位移测量方法，其特征还在于：所述计算位移的方法为：

锁相单元发出的方波信号的下降沿触发激励脉冲发生器产生功率窄脉冲信号，功率窄脉冲信号驱动超声波换能器发射超声波，所述超声波经过被测物返回后，立即触发下一次超声波的发射，多次往返后的频率信号输入到锁相环输出稳定频率信号f'，已知输入单元输入的超声波传输速度值为V，则被测位移L为：

L＝V÷f'÷2。

5.根据权利要求3所述的一种高精度超声波位移测量方法，其特征还在于：所述锁相单元的输出频率f′稳定后，若突然出现的频率与稳定后的频率f′相差大于±20％且下一个周期又恢复正常的信号，锁相单元将保持稳定。