针对测试环境中常存在的超声波频段的有色干扰噪声, 设计了一种基于横向滤波器和最小均方误差自适应滤波算法的自适应对消器结构, 并提出了固定步长和自适应步长相结合的自适应滤波算法流程。该方法增设了一个接收环境噪声的专用探头来自动跟踪噪声特性的改变, 无需手动设置自适应滤波器参数和期望信号。通过自适应步长调整算法与固定步长方法结合, 该方法能够在实现良好滤波效果的同时兼顾快速跟踪环境的变化。实验表明, 提出的方法可以有效滤除目标超声波信号频带之外频率点处的有色干扰噪声, 信噪比改善幅度可达16 dB; 时间复杂度为O(n), 可实现实时处理。本文方法可以在无人工干预下自动、实时、有效地滤除与超声波信号频率接近的有色干扰噪声, 已被成功地应用于气体超声波流量测量中。

为提高流场超声层析成像的图像重建质量, 提出了一种迭代滤波反投影图像重建算法。该算法借鉴联合迭代重建算法的原理, 将滤波反投影算法引入迭代重建过程。首先, 利用滤波反投影算法, 通过投影数据残差重建误差图像对流场图像进行修正, 实现图像的迭代重建。然后, 通过优化迭代步长, 使每步迭代后投影数据残差均取得极小值以便加快收敛速度。最后, 基于流场连续、紧支撑分布的特点, 在迭代重建过程中引入投影数据的细分内插和流场图像的圆域修正。实验表明: 相比于滤波反投影算法, 迭代滤波反投影算法可使理论流场重建的图像误差平均减少26%, 流量误差由1.77%减小至±0.25%以内;程序运行时间为0.63 s, 仅为联合迭代重建算法的0.89%。 该算法可实现对直管段内和单弯管下游实际流场的可靠重建, 满足流场高精度实时成像的要求。

为解决传统的模拟时间内插法测量回波飞行时间时存在温度非线性及长死区时间的问题，提出了一种基于时间放大技术的时间电压转换器。讨论了电压转换器电路的设计和电容参数不同配置对转换器性能的影响。选用分立元件设计了一款时间电压转换器原型电路，搭建了电压转换器性能测试平台，并进行了性能测试实验。结果表明：提出的新型时间电压转换器能从原理上减小测试死区时间，消除时钟抖动、PVT(Process, Voltage and Temperature)参数变化对电路性能的影响。在有效输入范围内，微分非线性误差小于 0.45 LSB，积分非线性误差小于 0.6 LSB，满足高精度和实时测量回波飞行时间的需要。