紅外脈沖延時(shí)比較液位計(jì)是對脈沖式測距儀的發(fā)展。它延承了脈沖式測距儀結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了測量精度，縮短了距離測量。

1．1 微小值放大測量原理
脈沖測距儀的測量原理是：由信號發(fā)生器對被測目標(biāo)發(fā)射一個(gè)紅外電磁脈沖，然后接收目標(biāo)反射回來的電磁脈沖，通過測量電磁脈沖往返所經(jīng)過的時(shí)間算出目標(biāo)的距離。電磁脈沖往返時(shí)間為：在這段時(shí)間里，測距儀控制器發(fā)出的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)乘上其時(shí)鐘周期而獲得 。電磁波在空氣中的傳播速度c 3xIIY rrds。設(shè)目標(biāo)距離為￡，設(shè)測距儀控制器時(shí)鐘脈沖周期為 。電磁脈沖往返距離為2￡，時(shí)間為t，控制器發(fā)出時(shí)鐘脈沖為n個(gè)，則：
L=t·C／2 (1)
L=n· ·C／2 (2)
由于油罐液位測量是短距離精確測量，一般油罐高度大約在10~20m之間，測量誤差為mm級。設(shè)控制器時(shí)鐘脈沖頻率為50MHz，周期 =2·10罐s，油罐高度L=20 m。根據(jù)(2)式n=2L／( ·c) 6．7，計(jì)數(shù)器數(shù)為6，通過(2)式計(jì)算L=18m，與實(shí)際值相差2m。頻率為100MHz，周期 =10罐s，n=2L／( ·c)13．3，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為13，計(jì)算L=19．5m，與實(shí)際值相差0．5m。從該例子中可以看出，時(shí)鐘振蕩頻率取值越高，計(jì)數(shù)器記錄值越大，則測量越準(zhǔn)確。但是由于硬件條件的限制，時(shí)鐘脈沖頻率不可能取得很大，而且zui小分辨距離并不是完全由計(jì)數(shù)系統(tǒng)單獨(dú)可以提高的，因此在高頻測量中，脈沖的上升時(shí)間是必須考慮的。
   由(1)式知，如果要使用脈沖測量原理測量油罐內(nèi)液面高度，必須精確測量出紅外光波在測量過程中所花費(fèi)的時(shí)間t。在工業(yè)測量中，微小量的測量一直是難題，要達(dá)到比較高的精度，就需要比較高的代價(jià)。電磁光波在油罐中運(yùn)行時(shí)間t是一個(gè)微小量，為了測量它，紅外脈沖延時(shí)比較液位計(jì)采用了微小值放大原理。

   設(shè)儀器的測量分辨率為．s，根據(jù)分辨率定義：S=dL／dH一△ △H。其中s是液位計(jì)靈敏度；AL是測量值變化量；A H是液位變化量。將液位變化量放大 倍數(shù)測量，則儀器的測量分辨率s變?yōu)椋簊r~△ ( ·AH)。與原來的分辨率相比S =S／n，儀器的測量分辨率提高n倍?？梢姕y量分辨率和測量放大倍數(shù)成正比的，放大倍數(shù)越大，測量分辨率越高。在紅外脈沖延時(shí)比較液位計(jì)中，信號發(fā)生器發(fā)出兩個(gè)同步脈沖，一個(gè)作為參考電脈沖信號，一個(gè)作為測量電脈沖信號。參考脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器，測量電脈沖信號啟動發(fā)射電路發(fā)射一束紅外光波后立即停止工作。紅外光波通過液面反射回來，經(jīng)過接收電路處理得到返回脈沖信號。返回脈沖分為兩路，一路進(jìn)入計(jì)數(shù)器2，另一路控制發(fā)射電路發(fā)射紅外光波，繼續(xù)進(jìn)行測量(圖1)。設(shè)參考脈沖信號周期為r ，返回脈沖信號周期為z．2~--2·L／C+t。L為被測距離；C為光速；f為信號處理延時(shí)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間對于固定電路來說可以認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。把參考脈沖信號與返回脈沖信號送入一個(gè)比較器，檢測兩個(gè)脈沖信號重合時(shí)刻。同時(shí)分別用兩個(gè)計(jì)數(shù)器記錄兩個(gè)脈沖信號的個(gè)數(shù)nl，n2。當(dāng)發(fā)生脈沖信號重合時(shí)，計(jì)數(shù)器立即停止計(jì)數(shù)。參考脈沖信號總共運(yùn)行時(shí)間T1=(n1-1)·z．·，返回脈沖信號總共運(yùn)行時(shí)間 n：·z．z(圖2)。這時(shí)有：
Tl= (3)
(n1—1)。z．1 n2‘z．2 (4)
( 1—1)·z．1=nz·(2L／C +t) (5)
￡={[ ·一1)·z． —n2·t]·C}／2nz (6)
(6)式是液位高度理論推導(dǎo)公式。從公式中可以看出，只要測量出兩種脈沖的個(gè)數(shù)，通過計(jì)算可以得到被測距離。因紅外脈沖延時(shí)比較液位計(jì)采用微小值放大原理進(jìn)行測量，所以要求n值至少大于5000個(gè)。設(shè)控制器時(shí)鐘脈沖頻率為10MHz，周期rl=10 ，油罐高度變?yōu)長=10 m，取n2=5000，信號處理延時(shí)時(shí)間t=20ns，z．z=2L／C+t一8~6667x10-8,由(4)式計(jì)算n·~4334．35，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為4334。根據(jù)(6)式可得：L=9．999m。

   從上例可以看到，采用微小值放大原理大大提高了液位計(jì)的測量精度?？紤]到在實(shí)際工作過程中，由于硬件的不穩(wěn)定性和外界環(huán)境的干擾，實(shí)際測量值與理論計(jì)算值可能有較大差距，所以要求在設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，工作原理合理，元器件選擇切實(shí)可行，盡可能排除干擾，提高精度。