高分辨力超声波飞行时间测量系统
编制说明-飞行时间质谱校准规范-v12
本部分对《飞行时间质谱仪校准规范》中使用的名词术语进行了定义，包括 相对相对原子质量、质荷比、分辨（能）力、信噪比、稳定性等。
4、概述
本部分主要用文字和图示的方式阐述了飞行时间质谱仪的用途、原理和结 构。
5、计量特性
本部分规定了飞行时间质谱仪的计量特性，经过对厂家和用户的调研（附录 A），选择了示值误差、信噪比、分辨力、重复性、稳定性 5 个指标作为飞行时间 质谱仪的计量特性指标。根据《JJF 1071 - 2010 国家计量校准规范编写规则》的 要求，计量特性指标中没有给出各项计量特性指标的具体限定值，但是，当用户 要求时，可以根据用户提供的计量特性的最大允许误差质谱仪校准规范》 （报批稿） 编写说明
中国计量科学研究院 广东省计量科学研究院 南京市计量监督检测院
2013 年 5 月
《飞行时间质谱仪校准规范》（报批稿） 编写说明
一、任务来源 根据国家质量监督检验检疫总局 2009 年国家计量技术法规计划（国质检量
函〔2009〕393 号）立项，由中国计量科学研究院、广东省计量科学研究院和南 京市计量监督检测院共同承担《飞行时间质谱仪校准规范》的制定工作。 二、规范制定的必要性
在标准物质部分，规定了进行飞行时间质谱仪校准时所用的标准物质。考虑 到用户要求的不同，示值误差校准时应选择能够均匀覆盖所校区间内 3-5 个质荷 比的一种或多种分子量国家有证标准物质进行校准，具体种类不做要求；重复性 和稳定性校准时应选择所校区间中段附近一种分子量国家有证标准物质进行校 准，其不确定度水平应当满足用户对校准结果的需求；信噪比和分辨力校准时使 用[Glu1]-人纤维蛋白肽 B 国家有证标准物质，其含量定值结果相对扩展不确定 度不应大于 10%（k=2）。飞行时间质谱仪校准时应采用国家有证标准物质，如果 标准物质证书中已经规定了标准物质的使用方法，按照标准物质证书中要求使用 即可；如果标准物质证书中没有给出具体的使用方法或配制方法，则需要检定员 自行配制校准用的标准溶液，所需化学试剂包括：水、甲酸、乙腈、三氟乙酸、 α-氰基-4-羟基肉桂酸、芥子酸，应优先选用质谱级的试剂。具体的配制方法在 附录 A 中进行了描述。
英国Precision Acoustics医用超声声输出测试系统
UMS3医用超声声场测试系统是世界知名的、专业从事超声水箱的PA公司生产，满足新的IEC62127-1, NEMA UD-3,或FDA 510(k)等标准的要求。
PA公司和全球权威的超声学实验室NPL保持良好的合作，PA公司的技术专家是IEC超声学标准制定的核心成员，能在第一时间给客户相应的解决方案。
UMS3 医用超声声场测试系统是目前市场上很新且功能全、高度集成且完善的超声实验仪器测试系统，可以用来测试医用理疗类超声、诊断类超声和HIFU类超声等超声设备的声场输出参数。
起源于20世纪中叶的超声诊断，是一种无放射性损伤的非侵人式的诊断方式，具有高分辨力、高灵敏度的特点。
超声诊断检测准确、使用灵活、成像快速、方便多次检查，可多方位切面检查，同时具有安全、快速、价廉的特点，在日常诊断中应用广泛，深受医生和患者的欢迎。
近些年来，随着经济的发展、人口的增加、社会老龄化程度的提高，以及公众健康意识的不断增强，超声医疗器械市场在中国一直保持着高速增长。
然而，在高速增长的背后，却不能忽视人们长久以来对于超声诊断设备安全性的忧虑。
超声波是一种机械波，是弹性介质中质点机械振动状态的传播过程，其实质是机械振动能量的传播过程。
在传播过程中，超声波会产生热效应和机械效应两种效应。
在人体组织传播的过程中，超声波的能量会不断被人体组织吸收转为热量，导致人体组织温度升高，尤其是在骨骼处的温升非常严重，这就是超声的热效应。
超声波又是机械振动能量的传播过程，由于超声波的特殊性质，致使在其人体传播过程中人体的细胞和组织发生激烈地机械运动，严重时将影响其功能、结构和生理功能。
医用超声设备的声辐射因为这两种效应，对人体组织，特别是发育中的胚胎细胞，已经被国内专家学者研究证明具有潜在的危害。
深圳市一测医疗测试技术有限公司是一家专注于医疗器械测试产品和技术的研发、销售与服务为一体的“国家高新技术企业”，我们拥有自主研发的国家发明专利技术并且代理了众多国外先进专业测试产品，如通用多组织超声体模、高频电刀分析仪、医用X光机测试仪、输液系统分析仪等。
超声波测距系统的设计【开题报告】
开题报告电子信息工程超声波测距系统的设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义现在认为，超声波最先是从1876年F.Galton的气哨实验开始，这是人类首次产生高频声波。
在以后30年内，人们对超声波仍然了解的比较少，发展较为缓慢，对超声波研究没有非常重视。
接着在第一次世界大战中，超声波的研究慢慢的受到各国的重视。
这时期法国人Langevin使用了一种晶体传感器，并使其在水下接收一些相对较低频率的超声波，并且提出是否可以使用超声波对水中的潜艇进行检测或者在水下利用超声波进行通信。
在1929年，前苏联科学家Sokolov最先提出了利用超声波探进行检查金属物内部是否存在缺陷的想法。
在间隔两年后，德国人Mulhauser获准一项关于超声检测方法的德国专利，但是他却没有在这方面进行深入的探索研究。
在1934年Sokolov发表了关于超声波在液体槽子里用穿透法作实物试验的结果，使用了多种方法用来检测穿过试验物品的超声波中含有的能量，在这些方法中最为简单的是使用光学方法观察液体表面由超声波形成的波纹的大小。
之后德国人Bergrnann发布了关于超声波的经典著作《uLTRAsoNIC》，在该著作中对超声波早期的大量资料进行了详细的论述，这本著作也一直被认为是超声波领域中的经典之一。
美国的Firestone和英国的Sproulels两人对超声波脉冲回波探伤仪进行了首次介绍，并使超声波检测技术发展到了更为重要的一个阶段。
在各种各样的超声波检测系统中，这是最为成功的一种检测系统，因为它具有最广泛的代表性，而且其检测结果也是最容易解释的。
这种方法除了可用于手工检测外，还可以和各种先进的系统进行联用。
直至当前，在超声无损检测中，脉冲回波系统仍然是应用最为广泛的一种。
在50年代由于雷达的快速发展大大的促进了超声波技术的发展；而后随着电子技术的不断快速发展，又使超声波的发展有了一次快速的飞跃。
超声波被广泛的应用于医疗诊断、无损检测及工业控制中。
飞行时间质谱仪原理
飞行时间质谱仪原理
飞行时间质谱仪（Time-of-Flight Mass Spectrometer，简称
TOF-MS）是一种常用于分析和鉴定化学物质的仪器。
其原理
基于粒子在电场下的加速运动和质量差异带来的飞行时间差异。
首先，待分析的物质通过电离源（如电子轰击或激光辐射）被电离成带电粒子。
然后，这些带电粒子在电场的作用下被加速，并以一定的速度进入飞行时间通道。
在飞行时间通道中，粒子在真空环境中以匀速飞行。
不同质量的粒子由于质量差异，会有不同的飞行速度。
质量较大的粒子会飞行得更慢，而质量较小的粒子则飞行得更快。
当粒子通过飞行时间通道末端的检测器时，它们会触发一个信号。
通过测量从电离到检测器的飞行时间，可以得到粒子的质量-电荷比（m/z）值。
飞行时间质谱仪的主要优势在于其高分辨率和宽质量范围。
由于飞行时间通道中所有粒子都以相同的速度飞行，不同质量的粒子可以被有效地分离和检测。
此外，TOF-MS还可以进行串联质谱（tandem mass spectrometry，简称MS/MS）分析。
通过在飞行时间通道后面
添加一个碰撞池，可以将粒子进一步分解成碎片离子，并对其进行质谱分析，从而得到更详细的质谱信息。
总之，飞行时间质谱仪利用粒子在电场下的加速运动和质量差
异造成的飞行时间差异，实现了对化学物质的分析和鉴定。
它在分析化学、生物医学和环境科学等领域具有广泛的应用。
高精度超声波测距系统
关 ■ 词 ：超 声波 ； 距 ：单 片机 ：显度 朴僧 删 ｊ 中皤 分类 母 ： Ｉ ＴＰ ｇ３ 立献 标 识 码 ： Ｂ
文章 墒号 ： ００ —０ ０ ２ ７） ２ ０ １ ０ １ ３ １ ７（ ００ ０ — ０ｌ — ５
ｏｆｔ ｓ ｅｓｉ ａｄｏｐｔ ｓｉ ｌ ｃｈｉ ＡＴＢｇＣ ２０５１ ｈｉ ｄ ｇｎ ｓ ｎｇ ｅ— ｐ ａ８ ａｉ ｃｏｎｔｏｌ Ｔｈｅ ｒ ｉ ｍ ｎ ｒ ｃｉｃｕｔ
易 检 洲 出 束 具 冉 很 脚 的 分 辨 力 ， 因 而 准确 馊 也 较 其 它 法 为 商 ： ｎ Ｉ Ｊ 『ｒ趔 ¨波 传 感 器 Ｈ 订 结 构 简 单 、 俸 私ｌ ，俯 址 ｌ 靠 婶特 点 。利 小 ｌ ｒ
川 赳 声 披 榆 删 往 仇 比 较 迅 述 ．＾ ； 健 汁 ∞ 简 单 ．射 ｊ做 到 实 时 控 制 ，
擗 ｍ ＿ 声 波 揣 问 强 ．能 消 ， ｒ豳 牦 缓 慢 ． ＝ 质 一 传 播 的 距 离 较 介 １ Ｉ 远 ，因 １ 趔 芦 波 经 常 川 Ｔ距 离 的 洲 ｆ ｝ ｉ 黯 ， 自 测 仪 和 物 ｆ Ｊ 删 屉 仪 掷 酃 Ｉ ・ Ｔ 通 垃 赳 波 米 线 现 趟 测 ｌ 魁 ｌ ！ Ｉ ｉ
法 ．它 币 受 光 线 被 删 舯 象 舰 也 等 影 响 对 ｒ被 测 物 处 嘴 ．仃 肌
加 尔 统 笛 ， 呐 币 气 流 旋 笛 等 岜 液 １ １ 仃 所 Ｊ 坐 的 趟 波 的 频 串 功 率 和 １ 波 特 ・ 各 不 丰Ｉ ， Ｉ 耐 用 逡 电 符 ｝ 同 列 棚 ㈨ ．朗前 较 为常 用 的 是 Ｊ Ｉ ＿ ｕ武 ＿ Ｉ 三
超 声波 发生器 。
ｉ ｎ ｓｔ ａ ａｎｓ ｌｔｎｇ ｃＩｃｕｌ ｒ ｅｉ ｎｇ Ｉ ｃ Ｉ ５ １ ｃｏ ｅ ｏｆｌ ｌ ｒ ｍ ｔＩ ｒ Ｉ ｅｃ ｖｉ ｃ ｒ ｕｉ ８ｎ ｄｊ ｐｌ ｎｇ ｃｉｃｕｌ Ｔｈｉ ｐａｐｓ ｅｘｐ ｌｌＳ ｄ ｓ ａｙｌ ｒ ｔ ｅ ａｔＥｌ ８ ｒ ｗｏｒ ｎｇ ｎＢ ｋｉ ｐｒ ｉ ｐｌ ｈｅ ａｒ ｅ ｏｔ ｔ ｎｃｉ ｅ ｏｆ ａＪ ｔ ｐ ｌ ｈｅ ｒ ｉ Ｔｈｅ ｙｓｔ Ｉｎ 日 ｔ Ｊ ｃｉｃｕ ｔ ｓ ｅｍ ｗ 『 Ｊ”枷 Ｊ ｎ ｃ ａａ￣Ｂ ｅｅｆ Ｉ ｏｒ ｒ ｌ ｚｅ Ｒｅ ｃｏｎｔ ａｃｔ ＿ ｄ ｉｔ ｅｄ ａ ｆ ｓ ａｎｃｅ ｒ１ ｉ ｒ ｅｎ｜ ａｎｄ ｔ ｏｎｓｉ １ｅＥｓｕｒ ｉ ． ｏ ｌ ｉ ｃ ｄｅｒ ｆ ｌ ｅｌ ｈｅ ｆ ｅｃｔｗ ｈｉ ｓ ｕｌ ｙ ｔ ｅ ｆ ｃｈ Ｉ ｃ ｕｓ ８ ａ ｅｄ ｂｙ ｈｅ ｔ ｄｉｆ ｅ ｎｔ ｐｅｅｄ ｉｈ ｈｅ ｆｅｒ ｓ ｗ ｔ Ｉ ｄｉｆ ｅｎｔｔ ｔｅｒ ｅｍ ｐ ｒ ｔ ｅ Ｔ ｈｅ ｒ ｅ ａ ｕｒ ｔ ａｎｓ ｅｒ ｆ ｓｐｅｅｄ ｓ ｒ Ｉ ｅｃｔｆｅｄ ｌｌ ｂｙ ｍ ｅ ｈｏｄ ｔ ｏｆｔ ｅｍ ｐｅｒ ｕｒ ｒ ａｔ Ｂ ｅｄｅ ｍ ｉ ｏ ｈｅ ｅ ｎｇ Ｓ ｔ ｓｙｓ ｅｍ ｈａｓ ｉ ｒ ｅ８８ ｒ ｆ ｈ ｇｈ ， ｎ ｕ ｅｍ ｅｎｌ ｅｃｉ ｏｎ－ ａｎｄ ｔ ｐｒ ｓｉ Ｉ Ｃｈ日ｒ ￣ｃｔ ｉ ｉ ｏｆ ｓｉ ｐｌ ｅｒ￣ｔｃ ｍ ｅ ｈａｒ ｗａ ｒ ｄ ｅ ｍ ａｋｅｕｐ． ｅｄＩ ｅ ｗ ｏｒ ｎｇ － ｓ ｇｒｏ Ｔ ｃｒ ｈｉ ｋｉ ｌ ｓ ｅ ｆ
灵敏度和分辨力(超声波检测技术)
灵敏度和分辨力(超声波检测技术)-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII灵敏度和分辨力（超声波检测技术）超声检测灵敏度及分辨力的探讨刘国余（北方华锦化学工业集团有限公司检测中心，辽宁盘锦 124021）摘要：对超声检测灵敏度和分辨力进行定义，以及分辨力的测定方法；并探讨了超声检测仪和探头频率对灵敏度和分辨力的影响。
关键词：灵敏度；分辨力；超声检测；探伤仪；探头1 灵敏度和分辨力的定义1.1 广义的定义1.1.1灵敏度 sensitivity定义1：仪表、传感器等装置与系统的输出量的增量与输入量增量的比。
定义2：计量仪器的响应变化值除以相应激励变化值。
定义3：系统参数的变化对系统状态的影响程度。
1.1.2分辨力 resolution定义1：导致标示值发生可观察到的被测量或供给量的最小变化。
定义2：仪器仪表能有意义地辨别被指示量两紧邻值的能力。
1.2 在超声检测中的定义1.2.1灵敏度超声检测中灵敏度是指整个检测系统（仪器与探头）发现最小缺陷的能力。
发现的缺陷越小，灵敏度就越高。
1.2.2分辨力超声检测系统的分辨力是指能够对一定大小的两个相邻反射体提供可分离指示时两者的最小距离。
2 超声检测灵敏度和分辨力超声检测灵敏度与频率有关，超声检测灵敏度约为λ/2，由λ = c/f 可知，频率越高，越有利于发现更小缺陷。
超声波探伤分辨力分为近场分辨力（盲区）、远场分辨力。
近场分辨力主要取决于始脉冲占宽和仪器阻塞效应。
远场分辨力又可分为纵向分辨力、横向分辨力。
由于超声脉冲自身有一定宽度，在深度方向上分辨两个相邻信号的能力有一个最小限度（最小距离），称纵向分辨力。
纵向分辨力主要取决于始脉冲占宽和探测灵敏度。
探头平移时，分辨两个相邻反射体的能力称为横向分辨力。
横向分辨力取决于声速的宽度。
在工件的入射面和底面附近，可分辨的缺陷和相邻界面间的距离，称为入射面分辨力和底面分辨力，又称上表面分辨力和下表面分辨力。
TOFD技术介绍
TOFD技术介绍TOFD技术是一种应用于可视检测及无损检测领域的超声波技术，全称为时序差超声测深技术（Time of Flight Diffraction）。
它可以高精度、高速度地检测和定位各种缺陷类型，如裂纹、孔洞、疤痕等。
TOFD技术的原理是利用短脉冲超声波向材料中发射，并在材料中缺陷处产生扩散波。
其中扩散波的传播时间与缺陷的深度有关，通过测量这些传播时间的差异，可以确定缺陷的存在和位置。
TOFD技术的测量精度高于常规超声波技术，可以实时监控缺陷的变化和生长。
TOFD技术的主要特点之一是其高速度。
通过准确测量扩散波到达不同传感器的时间差，可以快速地确定缺陷的位置和大小，无需扫描探头。
这种实时定位的能力使得TOFD技术在工业生产线上广泛应用，可以大大提高生产效率。
TOFD技术可以用于各种材料的无损检测，包括金属、复合材料、陶瓷等。
它可以应用于许多行业，如航空航天、石油化工、电力等。
在航空领域，TOFD技术广泛用于飞机的结构检测和维护。
在石油化工领域，TOFD技术可用于检测管道和容器的腐蚀和裂纹。
在电力领域，TOFD技术可以用于检测火电站锅炉管道的腐蚀和裂纹。
与传统的超声波技术相比，TOFD技术具有一些独特的优势。
TOFD技术可以提供定量的深度信息，并提供缺陷的长度和高度测量。
通过使用多通道的接收机，TOFD技术还可以提供更高的解析度。
此外，TOFD技术不受材料的吸收和散射的影响，适用于各种复杂的工况。
尽管TOFD技术在无损检测领域具有很大的潜力，但它也存在一些局限性。
首先，TOFD技术对探测头的位置和方向要求非常高，需要准确地调整和定位。
其次，TOFD技术对材料的起伏和表面不平整度较为敏感，可能会导致误差。
此外，TOFD技术在探测大型结构和离探测头较远的区域时可能存在问题。
总之，TOFD技术是一种高灵敏度和高精度的超声波技术，广泛应用于可视检测及无损检测领域。
它可以实时定位和监测各种缺陷类型，并在多个行业中发挥着重要的作用。
【文献综述】超声波测距系统
文献综述电子信息工程超声波测距系统前言：人能听到的声音频率为20Hz~20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20Hz 以下的声音称为次声波，20kHz以上的声音称为超声波。
由于超声波具有较强的指向性，且在传播中能量消耗较慢，所以在介质中传播较远，因此超声波经常被用在距离的测量上，如物位测量仪和测距仪等都可以由超声波进行实现。
超声波在空气中的传播速度为340米/秒（因温度大小会有规律变化），因此，如果能测出超声波在空气中的传播时间，就能算出其传播的距离。
超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法，不受光线、被测对象颜色等的影响，相比较与其它仪器而言更为卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，并且具有维护简单、无污染、可靠性高、寿命长等特点，可应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。
且可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，可直接显示各种液位罐的液位、料位高度等【12】。
主题：现在认为，超声波最先是从1876年F.Galton的气哨实验开始，这是人类首次产生高频声波。
在以后30年内，人们对超声波仍然了解的比较少，发展较为缓慢，没有重视对超声波的研究。
在第一次世界大战中，超声波的研究才慢慢的受到各国的重视。
这时期法国人Langevin使用了一种晶体传感器，并使其在水下接收一些相对低频率的超声波，并且提出是否可以使用超声波来对水中的潜艇进行检测或者在水下利用超声波进行通信【16】。
在1929年，前苏联科学家Sokolov最先提出了利用超声波探进行检查金属物内部是否存在缺陷的想法【17】。
在间隔两年后，德国人Mulhauser获准一项关于超声检测方法的德国专利，但是他却没有在这方面进行深入的探索研究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘 要 ：从超声波飞行时间测量的传统方法人手 ， 分析了这种方法不能提高测量分辨力的原因 ， 阐述 了提 高测量分辨力 的途径 和方法 ； 简要 介绍了提高测量分辨力关 键技术——时 间内插法测量 飞行时 间的工作 原理 ； 给出了具体的实施方案—— 复杂可编程逻辑器件 （ Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ ） 结合 无源延迟线 实现 内插 测量 ， 实验验证 结果表 明： 通过时间内插技术完成的飞行时间测量 ， 消除了计数法 中整时钟周 期误差 ， 大幅度提 高 了测 量 分辨力 ， 降低了硬件成本 ， 提高 了系统稳定性 ， 具有推广价值。 关键词 ：时 间内插测量 ；超声波 ； 复杂可编程逻辑器件 ；飞行时间
维普资讯
第 ８期
胡春海 等 ： 高分辨力超声波飞行时 间测量系统
３ ５
器中的二进制数值就表示 了开始或结束脉冲上升沿所在的 位置 。用 串联在一起 的延迟单元构成 的延迟链作 为被 测时 间间隔的传输信 道 ， 这些延迟单元具有相 同的 、 稳 定的时间
测 量 范 围能 达 到 ６ ０ ｓ 。用 这 种 方 案 完 成 的 超 声 波 飞 行 时
间测量系统成本低 、 精 度高 ， 有 一定 的应用价值 。
１ 测 量 原 理
内插测量如 图 １ 所示， 为了得到 开始脉 冲和结 束脉 冲 之 间的准确 时间间隔 ｔ ， 就必须 知道 ｔ 。 ， ｔ ， ｔ 的值 ， 由于时 钟 脉冲计数器在 上升沿有效 ， 所 以， 时钟脉冲计数法获得的 时间是 ｔ ， 而 ｔ ， ｔ 。的值 ， 只要 知 道 开始 脉 冲 和结 束 脉 冲
ｉ ｍｐｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ． ｈ ｅ Ｔ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｉ ｓ ｗｏ ｒ ｔ ｈ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ．
Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｔ ｉ ｍ ｅ － ｉ ｎ ｔ ｅ ｖａ ｒ ｌ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ； ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｗ ａ ｖ ｅ ； ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｅ ｘ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｍ ｂｌ ａ ｅ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ （ Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ ） ； ｌ ｆ ｉ ｈｔ ｇ － ｔ ｉ ｍ ｅ
冲残差 ， ｎ ｓ ； ｔ 为结束 脉冲残 差 ， ｎ ｓ ； ｔ 为飞行 时 间， ｎ ｓ 。如 果使用 的时钟频率 为 ６ ２ ． ５ＭＨ ｚ ， 那么 ， Ｔ＝１ ６ ｎ ｓ ， 在一 个时 钟周期 中插入 ｎ 个 量化延迟 单元 ， 既可 以通过量 化延迟单 元来确定 ｔ ， ｔ 。 。在一个周期 内插入 １ ６个延迟单元 ， 由于时 钟周期具有周期性 ， 所以 ， 只要用 ８个延迟单元就可 以完成
收稿 日期 ： ２ ０ ０ ４一ｌ ２— ２ ３
图 １ 内插 测 量 波 形 图
Ｆｉ ｇ １ Ｗａ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｔ ｉ ｍｅ － ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎｔ
延迟网络的构成如图 ２所示。由于锁存器锁存的信号 是在开始或结束脉 冲的上升沿的那一时刻有效 ， 所以， 锁存
１ ｎ ｓ 精 度 的 内插 工 作 。
开始和结束脉 冲时 间内， 对标频 填充脉冲的个 数进 行计 数 。 在计数过程 中， 必然 会 出现 最大 ±１填充 脉 冲周 期 的计数 误差。如果能在填充周期 内作进一步 的精密测量将会提高 测量的准确度 。本文 中使用量化时延 的短时 间间隔构成 的 超声波测时系统分辨力能 达到 １ ｎ ｓ ， 系统测量 精度 为 ２ ｎ ｓ ，
延 迟可 以 在使 用 较 少 的 延迟 单 元 的 情 况 下 ， 完
成较高 的测量 分 辨 力。利 用 原来 的计 数 法测 量 原 理 ， 用
６ ２ ． ５ ＭＨ ｚ 的 时 钟 填 充 脉 冲信 号 时 ， 能获 得 １ ６ ｎ ｓ 的分 辨力 。
作 为取样信 号。其 工作波形 图如 图 ３所示 ， 这个 工作 的时 序 图说 明了不同位置 所对 应锁存 器的值 不同 ， 如表 １ 所示 。
这样 ， 就 可 以 通 过 计 数 器 和 这 个 电 路 结 合 准 确 地 计 算 出被
测 脉冲的宽度 。
线） ， 而且 ， 也 很 稳 定。各 段 无 源 延 迟 线 的 输 出 连 接 到 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ的相应管 脚 ， 其状 态 可通 过 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ 内部 的锁存 器 锁 存 。计 算机在读取锁存器 的状态后 ， 可精 确地计 算出被 测 短时间间隔。
它们大多采用脉 冲回波法 ， 脉冲 回波 法测量 声速 主要 是飞
行 时 间 的 确 立 。如 何 准 确 地 测 量 飞 行 时 间是 设 计 人 员 一 直 关 心 的 问题 。在 对 超 声 波 飞 行 时 间 信 号 测 量 时 ， 一 般 是 在
式中
ｎ为 时 钟 脉 冲 的 个 数 ； Ｔ为 时 钟 周 期 ， ｎ ｓ ； ｔ 。 为 开 始 脉
维普资讯
传感器技术 （ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ）
２ ０ ０ ５年 第 ２ ４卷 第 ８期
高分 辨 力超 声 波飞 行 时 间测 量 系统
胡春 海 ， 韩 非
迟 单元 （ Ｌ Ｃ Ｅ Ｌ Ｌ ） 的最小 延迟 时间在 ４ ｎ ｓ 左右， 要 完成 １ ｎ ｓ 的测量分辨力是不可能的 ， 在此情况下 ， 可以借助无源法来
解 决 。 在方 案 的 实施 过 程 中 ， 由 于 无 源 延 迟 线 的 延 迟 时 间 可 以做 得很 小 （ １ ｎ ｓ的延 迟 时 间需 要 ３ ０ ｃ ｍ 左 右 的无 源 延迟
Ｋｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ－ ｗ ｇ ｏ ｒ ｋ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｌ ｆ ｉ ｇ ｈ ｔ － ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍｅ － ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ｌ ａ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｃ ｉ ｒ ｂ ｅ ｄ；ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｌ ａ ｎ — ｔ ｉ ｍｅ － ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ｌ ａ ｍｅ ｓｕ ａ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＣＰ Ｌ Ｄ ａ ｎ ｄ ｐ ｓｓ ａ ｉ ｖ ｅ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ — ｌ ｉ ｎ ｅ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｌ ｆ ｉ ｇ ｈ ｔ － ｔ ｉ ｍｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ；ｔ ｈ ｅ ｗｈ ｏ ｌ ｅ ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｉ ｎ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ， Ｓ Ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｉ ｍｅ － ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ．Ｈａ ｇ ｒｄ ｗａ ｒｅ ｃ ｏ ｓ ｔ ｉ ｓ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｈ ８ ９ 文献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ０—９ ７ ８ ７ （ ２ ０ ０ ５ ） ０ ８— ０ ０ ３ ４— ０ ２
Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｈ ｉ ｇ ｈ－ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌｉ ｆ ｇ ｈ ｔ － ｔ ｉ ｍｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
ＨＵ Ｃｈ ｕ ｎ — ｈ ａ ｉ ，Ｈ ＡＮ Ｆｅ ｉ
（ Ｃ ｏ ｉ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ， Ｙ ａ ｎ ｓ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｑ ｉ ｎ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ０ ６ ６ ０ ０ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
图 ２ 延 迟 网络 原 理 图
Ｆｉ ｇ ２ Ｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ － ｎ ｅ ｔ
每个延迟单 元的输 出端 接到锁存 器的数据输入 端 ， 将
标 准 时钟 信 号作 为延 迟 链 的 输 入 信 号 ， 而 开 始 或 结 束 信 号
为延迟 单元 之间的联 机所引起 的延迟在器件速度很高时就
开始 或 结 束 脉 冲
会成为系统设计 中必须考 虑的影 响因素 。Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ受到 电压 波动或 温度变化的影 响后 ， 所有 延迟单 元的特性 均发生 同 样 的变 化 ， 这样 ， 有 利于控 制与修正调整 测量结果 。
但 就 目前 的 实 际 情 况 ， Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ内部 比较 稳定 的集 成延
而用这种计数和时间 内插法相结合 的方法能 获得 １ ｎ ｓ 的分
辨力 。
２ 方 案 实 施
随着大规模 的 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ的出现 ， 实 现 新 测 量 方 案 成 为 可
能。此 器件可以替代几十块甚至上百块通用集成 电路和芯
片 。这 样 的 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ实 际 上 就 是 一 个 子 系 统 部 件 ， 它 的 连 续
式 布线结构 决定 了它的时序延迟是均匀的和可预测的。可 以通过设计模 型精确地计 算信号在器件 内部的时延。这 是 选 择使用它的主要原因。而且 ， 延迟单元具有一致性 ， 有 利 于提高测量准确度 。Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ中延迟 单元间 的联 机所 引起
的 延迟 也 是 可 以 预 测 的 ， 这 对 系 统 设 计 是 至 关 重 要 的 。 因