多脉冲时差法超声波流量计的设计与实现.pdf

大连理工大学
硕士学位论文
多脉冲时差法超声波流量计的设计与实现
姓名:闫菲
申请学位级别:硕士
专业:控制论理论与控制工程
指导教师:孟华
20061201
摘要工业生产和科学研究过程中,流量测量必不可少,由于超声波流量计可以将超声换能器夹装在管道外面进行非接触测量,无需中断管道,设计和安装方便,并且满足大部分工业生产的精度要求,近年来得到了广泛应用。本设计采用了多脉冲时差法测量技术,增强了系统的抗干扰性,改善了测量效果。系统的硬件部分以为控制核心,选用了高精度时间数字转换器瓽和复杂可编程逻辑器件等芯片。充分发挥了的在系统可编程性,设计了超声波退耦合脉冲定时器、抗干扰滤波器、数字单稳态触发器等电路,实现了多脉冲的时问差测量,进一步提高了硬件抗干扰性,并且完成了系统时钟同步和电平转换的任务。通过芯片内部的门电路传播时延实现系统传播时间的测量,可以达到较高的测量精度,与传统的通过高速数字计数器测时的方式相比,有很大的优势,可以在较低的频率下完成电路的设计,避免了高频电路设计中所带来的更繁杂的电磁兼容等方面的问题。软件设计是基于嵌入式实时操作系统氖迪帧由¨痮甀蚐经过改写和移植而来,最大限度的减少了操作系统本身的代码量和所需的内存空间。整个软件系统以任务为单位,任务的实现相互独立,简化了软件的开发过程,缩短了开发周期,增强了系统的可靠性。本文设计的时差法超声波流量计,采用了瓽饬看úナ奔洳睿Vち私细的测量精度;使用完成了多脉冲情况下时间差的确定和超声波退耦合脉冲定时器、抗干扰滤波器等硬件抗干扰电路,改善了超声波流量计的测量效果。关键词;多脉冲;超声波:流量计;时差法大连理工大学硕七学位论文
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咳掌冢呼:迹骸作者签名:糽独创性说明作者郑重声明:本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
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髀课题背景本章介绍了流量计量的意义,结合超声波流量计的独特测量方式,分析了超声波流量计的优点及超声测量的关键技术,叙述了国内外超声波流量计的发展历史与现状,给计量是工业生产的眼睛,流量计量是计量科学技术的组成部分之一,它与国民经济、国防建设、科学研究有着密切的关系。做好这一工作,对了保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有重要的作用。特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代,流量计量在国民经济中的地位与作用更加明显【“。流量计量的工具发展速度很快,为满足不同种类流体特性,不同流动状态下的流量计量问题,近多年来,先后研制出并投入使用的流量计有速度式流量计、容积流量计、动量式流量计,电磁流量计、超声波流量计等几十种新型流量计。其中,超声波流量计以其特有的优势得到了极为迅速的发展,尤其是伴随着集成电路的飞速发展,超声流量超声波流量计与其它流量计相比,具有很多优点:首先,可以不破坏流体的流场,没有压力损失,无须对管道进行特殊加工,仪表安装、调试不影响管路系统的正常运行;其次,对于超声波流量计而言,只要能传播声波的流体皆可用超声波流量计测量流速,因而适用于多种流体,除了水、石油等常见流体外,尤其适用于其它方法不便测量的情况,例如高温高压、腐蚀性液体、高粘度液体或气体等,目前也应用于医疗救治之中【;并且,其通用性好,同一仪表可以测量不同管径的管道流量,使用时不必严格考虑管材和壁厚,成本随管径变化不大,更适用于大管径、大流量的场合;最后,集成电路的迅速发展使之极易做到小型化、智能化和便携式,集成电路速度的提高使之测量精度进一步提高超声波流量计按测量原理一般可以分为五类:时差法、多普勒效应法、相关法、噪声法、波束偏移法。其中,时差法超声波流量计应用最为广泛。时差法的实现难点在于,精确地测量出超声波束在流体中顺逆流传播的时间差和准确的估算出管道中流体的流关于时间差的测量,近些年主要以高速时问计数器的形式实现谡庵址椒ㄏ拢路设计带来麻烦咂档缏飞杓平现推档缏芬8丛拥枚【叭。近几年,伴