基于时幅变换的高精度飞行时间测量技术

"这篇论文是2013年发表在《清华大学学报(自然科学版)》上的科研成果，由王伯雄、柳建楠、崔园园等人共同完成，主要探讨了结合脉冲计数法与时幅变换法的飞行时间测量技术，以提升超声流量测量和激光测距等应用的精度。文中提出了一种时幅变换内插飞行时间测量系统，该系统能在大动态范围内实现精确测量。" 本文的核心知识点包括： 1. 飞行时间测量：这是一种重要的测量技术，常用于超声波流量计和激光测距等领域，其中ps级的测量精度至关重要。飞行时间是指信号从发射到接收所经过的时间，其精度直接影响测量结果的准确性。 2. 脉冲计数法：这是一种基本的测量时间间隔的方法，通过计算两个事件之间的脉冲数量来确定时间间隔。在本研究中，这种方法用于初步测量飞行时间，提供粗略的时间信息。 3. 时幅变换法：这种方法将微小的时间间隔转换为可量化的电压信号，从而可以更精确地测定时间。时幅变换电路是实现这一转换的关键，它能将难以直接测量的微小时间差转化为易于处理的电压差。 4. 高速同步电路：利用射极耦合逻辑（ECL）芯片构建的这种电路，能够实现对飞行时间的粗精细分，提高测量的分辨率。 5. 双路时幅变换单元联合校正：为了解决时幅变换过程中可能存在的误差，研究者提出了双路联合校正策略，通过单一时间基准同时标定两路时幅变换单元，增强了系统的稳定性和精度。 6. 模拟内插：这是时幅变换内插飞行时间测量系统的一个特性，通过模拟方式填补测量间隔，提高测量的分辨率和准确性。 7. 系统性能：实验结果显示，该系统具有良好的线性度和稳定性，测时分辨率高达2.6ps，单次测量精度优于50ps，这在当时的科技水平下是非常出色的。 8. 标定和测试：为了验证系统的性能，研究者建立了一个标准时间间隔发生装置，对飞行时间测量系统进行了标定和测试，进一步证明了系统的有效性和可靠性。 这篇论文介绍了一种创新的飞行时间测量方法，将数字和模拟技术结合，提高了测量的精度和动态范围，对于超声波和激光测距技术的发展具有重要意义。