基于FPGA的时差法超声波流量计系统的设计与实现.pdf

浙江大学
硕士学位论文
基于FPGA的时差法超声波流量计系统的设计与实现
姓名:郑鹏
申请学位级别:硕士
专业:电子科学与技术
指导教师:王勇;陈抗生
20060201
公司的枥瓜盗腥殖】杀喑搪呒耪罅衒弼酒魑Q钪薅时间时,稠传统锁相环路测时原理,并结台盔沿梭澳岐术,保证了超声波信号传究,超声波流量测量技术取得了长足的进步,燕且成为—种重要的流剥蜻技术。摘要赜谔岣呦低匙栽ザㄐ院涂煽啃晕侍猓阂皇遣捎昧搜映俅翱诮邮占际酰】能减小干扰脉冲对澳蠼结果的影响;二是在超声波发射和接收电路设计中采用集成性流体流量的测量。最近十月年以来,随着高速数字信号的处理技术与微处理器技电路模块取代了分离模拟器件,以提高发射电路和接收电路的稳定度;三是用鷑超声波流量测量技术是—种利用超声波信号在流体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的新的测量技术,它具有非接触式澳俊⒉饬烤ǘ雀摺⒉饬糠段宽、安装维护方便等特点,特别适合用于临时管道流量、大口径管道流量以及危险术的迅速发展,随着新型探头材料与工艺的研究,随着声道配置及流体动力学的研本文详细介绍了超声波流量测量技术的基本原理和实现方法,在借鉴和吸收国内外先进的超声波流量测量技术的基石出杓瞥隽恕V中碌母呔ǘ鹊挠糜谑辈罘ǔ波流量计的测时方法,并且给出了系统的设计思想。针对目前国内超声波量测最技术的发展现状和存在的不足,着重讨论和解决了以下方面的问题:系统的数字电路部分进行了集成化设计,达到既简化电路设计、又提高系统稳定性和可聋割生的目的。赜谌绾翁岣呦低车木ǘ群筒饬糠段侍猓骸J遣捎枚嗉斗糯笃骼刺岣叻糯电路的动态范围,以适应不同管径的需要:二是在测量超声波信号在流体中的传播播时间钡恐滴U黾剖甭龀澹煌崩寐呒喑淌迪侄猿ㄐ藕哦啻巍⒀传播的时间测量,减小了边沿检凝蟛詈拖低澄蟛睿岣吡瞬馐狈直媛剩共馐本浙江大学硕士学位论艾
度达到纳秒及砸纳秒景级,满足了超声波流量计在小管径测量环境下的精度要求:三是对流量修正系数进行了分析与研究,并给出了不同情’况牧髁啃拚凳难算公式。关键词:时差法超声波流量计:测时精度:边沿检测技术;误差分析:流量修正系数祈江大学坝士学位论艾
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第一章绪论超声波流量测量技术发展概述超声流量测量技术的基本原理是利用超声波在流体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的。利用超声波测定流速、流量的技术不仅应用在工业生产方面,而且在医疗、海洋观测及各种计量测试中都有着广泛的应用卜。年,世界上第一台超声波流量计在美国诞生,它使用的技术就是“呜环”时差测量法,用于航空燃料油流量的测量】。上个世纪年代中后期,基于大规模集成电路技术的飞速发展,商精度的时间测量成为一件轻而易举的事情,再加上高性能的、动作非常稳定的锁相环路际醯挠τ茫沟贸髁考频奈榷ㄐ院涂煽啃缘玫搅顺醪的保证,同时为了消除声速变化对测量精度的影响,出现了频差法。同一时期,前苏联科技工作者对管道内流体的流速分布规律进行了大量深入细致的研究,指出管道内流体流动存在两种状态:层流状态和絮流状态,并给出了层流状态与絮流状态下流速分布规律的理论分析,提出了流量修正系数及其理想状态下的理论计算公式,为超声波流量计进一步提高测量精度打下了坚实的理论基础。至此,超声波流量计的研究和应用才蓬勃发展起来。进入年代中期,超声波流量计的实现方法已不仅仅局限于时差法和频差法两种方法,由于电子技术及其相关理论的飞速发展,超声波流量计的种类越来越多,又出现了射束位移法、多普勒法、相关法及噪声法等。到了年代中后期,单片机技术的应用使超声波流量计向高性能、智能化方向发展。由于使用了单片机作中央处理单元,系统不仅可以进行复杂的数学运算和数据处理、进一步提高了超声波流量计的测量精度,而且还能够设计出友好的人机界面,使系统具有参数设置、自动检错排错功能以及其他一些辅助功能,大大方便了用户的操作和使用。单片机在超声波流量计中的应用,使超声波流量计开始真正进入工业测量领域。浙江大学硕士学位论文
超声波流量计的特点和用途超声波流量计的灵敏度和抗干扰能力,其可测的最小管径为米量,其测量范围对大多数液相介质而言,流速从每秒几厘米到每秒十几米,最近年来,基于高速数字信号的处理技术与微处理器技术的进步,基于新型探头材料与工艺的研究,基于声道配置及流体动力学的研究,超声波流量测量技术取得了长足的进步,显示了它强劲的技术优势,形成了迅猛发展的势头,其潜在的巨大的生命力是显而易见