时间电压转换技术在超声流速计中的应用

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1、第37卷第8期应用科技Vo1_37．№．82010年8月AppliedScienceandTechnologyAug．2010doi：10．3969／j．issn．1009—671X．2010．08．006时间电压转换技术在超声流速计中的应用雷亚辉，王之海，王向红(1．哈尔滨工程大学水声技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001；2．91550部队93分队，辽宁大连116023)摘要：时间到电压转换(TVC)技术已经广泛应用于雷达、通信、信号测量等领域．在此设计一套实用的电路系统应用于超声海流计系统，该电路系统主要由1个时序产生电路，1个

2、时问电压转换电路以及1个模拟到数字电路组成．理论分析表明，通过此方法测量脉冲到达时间间隔可以获得亚纳秒级时间分辨力．文中通过计算机辅助设计软件ORCAD仿真分析验证，该电路具有结构简单，精度高的特点．关键词：超声流速计；时间间隔测量；时间电压转换中图分类号：TN710．2文献标志码：A文章编号：1009—671X(2010)08—0023—04ApplicationoftimetovoltageconverterinultrasonicflowmeterLEIYa—hui．WANGZhi—hai．WANGXiang—hong(1．Nation

3、alLaboratoryofUnderwaterAcousticTechnology，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China；2．Troop91550UnitNo．93，Dalian116023，China)Abstract：Thetechnologyoftimetovoltageconveyor(TVC)hasbeenusedinradar，communication，signalmeasure，etc．Thispapermadeanintroductiontothetechnology

4、andtheapplicationinultrasonicflowmetersys—tern．Thissystemismainlycomposedofasequentialcircuit，atime—to-voltageconveyorcircuitandaanalog-to—dig—italeonve~ercircuit．Theoreticalanalysisshowedthatasubnanosecondtimeresolvingpowercouldbegotwhenmeasuringthetimeintervaloftwopulses．

5、Usingthecomputer—aidedsoftwareORCAD，thetechnologywassimula—ted，provingthecircuithassuchadvantagesassamplecircuitstructureandhighresolution．Keywords：ultrasonicflowmeter；timevoltageconvertor；timeintervalmeasure海洋流速测量对于海洋气候学、海洋物理等研充电．由于充电时间和电容电压的近似线性关系，则究领域有着重要的意义，因此海洋流速测量技术一电

6、容两端电压变化量就是所要测量的时间间隔．这直是国内外海洋工作者所研究的课题．经过几十年种测量方法的精度受到时间间隔大小、电流和电容的研究发展，在流速测量方法上取得了不少成果．将值大小等的影响．充电时问过长，电容值太大或电流其分类为机械式、多普勒频移法、激光法、电磁式太小，充电就会出现非线性．时间间隔在100ns等11．借助现代先进电子技术，人们根据声波在海之内，充电电流为几毫安级，电容值在150pF左右洋介质中顺流和逆流传播相等距离，而传播时间不一般都具有很好的线性，具体情况依据所要测量的相等的原理，提出了时差式流速测量方法．其思想就时间间隔

7、折衷选取参数．是把由流速造成的声传播时间差测量出来．目前微小时间差测量方法主要有直接计数法，游标卡尺法1时差产生原理和时间电压(timetovoltage)转换法．声波是能量在传播介质中的传播，由压电陶瓷时间电压转换(TVC)技术应用最广泛，不仅因换能器激励产生的超声脉冲信号以相速度形式在海为它原理简单，而且分辨力很高．此方法是基于电容水介质中传播，当海水介质本身具有速度时，声波在的充放电原理，用一个恒流源在时间间隔内给电容相同一段距离上顺流和逆流传播时间不一样．如收稿日期：2009—11—23．收稿日期：国家高技术发展研究基金资助项目(20

8、06AA09Z107)．作者简介：雷亚辉(1978一)，男，讲师，博士研究生，主要研究方向：水声电子技术，E-mail：leiyahui@sina．con·24·应