在工业生产中,利用超声波进行固体或液体中的距离测量十分普遍,尤其是小距离、微距离测量(如测厚、粗糙度、液位等)。基于超声波的高精度距离的测量越来越受到重视。 本文分析了国内外超声波脉冲回波测距技术的发展概况,在深入研究超声脉冲回波测距法和反卷积原理的基础上,提出了基于反卷积技术的超声测距方案;从理论上论证了用同态反卷积技术提取超声波脉冲回波包络来修正脉冲飞行时间的可行性,并以此为基础设计了高精度的超声波测距系统。 超声波测距系统主要由超声波的收发电路、精密时间测量电路、同态反卷积滤波器构成。在超声波收发电路中为了提高系统测量精度,分别对脉冲产生电路、驱动电路和超声波探头的耦合电路进行了改进。在超声波的时间测量系统中,从理论上分析了精密时间测量方法,并设计了时间测量电路。文中的用门电路实现了数学算法,并用可系统编程的 CPLD(复杂可编程逻辑器件)实现了脉冲发生电路、精密时间测量电路和同态滤波器。反卷积滤波器的设计是测距系统的关键,在反卷积滤波器的设计中,重点讨论的同态反卷积理论的实现方法,并在 CPLD 中,引入了先进的流水线式的设计方法,并用 FFT(快速傅里叶变换)完成了反卷积倒谱滤波过程。 本文提出的超声测距系统改正了传统超声测距的不足之处,并能使系统测量的分辨率达到 10 ns,具有结构简单、集成度高、数据实时检测、误差自动修正等特点,对高精度的超声波距离测量有指导意义。