基于DSP的时差法超声波流量计的研究论文.pdf

南昌大学
硕士学位论文
基于DSP的时差法超声波流量计的研究
姓名:周兵斌
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:王时胜
20071221
摘要超声波流量计是一种非接触式的测量仪表,它以使用方便、高精度等特点在工业生产、医药、石油、水资源等领域有着广泛的应用,系统的测量精度是其最关键的参数。本文首先简述了超声波测量技术的发展历程和现状,对比了超声波流量计与其它流量计的不同,分析了超声波流量计的多种实现原理,然后给出了一种采用了两个探头进行发射和接收的切换,并采用了一种间隙式多脉冲发射方案:接收并采集数据后利用软件插值来提高时间分辨率,再用数字滤波来调整波形,最后用相关算法进行数据的相关运算,从而计算出时延得到流速。本文也具体计算出了系统在发射、采样和插值等方面的参数。理电路以及后端服务电路。软件部分最主要是对整个系统时序控制的设滤波、相关算法进行了设计仿真。晟后本文给出了系统的改进意见。关键词:超声波流量计。数字信号处理器,复杂可编程逻辑器件,数字滤波器,插值算法,相关算法基于母慕辈罘ǖ某髁考品桨浮T诔ǚ⑸浜徒邮辗矫妫低系统的硬件组成包括超声波发射和接收电路、中央时序控制、数字信号处计,以及用词迪指髦质中藕糯硭惴ā1疚幕共捎肕允
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学位论文作者签名制埃柽┳秩掌冢篗辏瑌叫日学位论文作糍母纪、’签字醐:』┤签字日期:年,隆学位论文独创性声明学位论文版权使用授权书本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地为获得直昌盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全社会公众提供信息服务。方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ导师签名:\。
第滦髀超声波流量测量技术发展概述.ú饬考际醴⒄估研究利用超声波测量液体和气体的流量已经将近有一百年的历史。年,世界上第一台超声波流量计在美国诞生,使用的就是“鸣环”时差测量技术,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,高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降谋Vぃ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,前苏联道内流体流动存在两种状态:层流状态和紊流状态,并给出了层流状态与紊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,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。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,指出管超声波流量计的研究和应用才蓬勃发展起来。
头,其潜在的巨大的生命力是豆而易见的。.谕庋芯壳榭黾跋肿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从超声波流量计的发展历史来看,美国最早着手这方面的研究,而且很快就有产品投入使用。前苏联以及西欧各国也很早就开始从事这方面的研究,前苏联的科学家广泛地对流量测量理论进行了研究,讨论了流速分布中的流量补偿系数问题,并且提出用多路超声波流量计解决流场畸变对测量精度的影响,为超声波流量计进一步提高精度打下了坚实的基础,但在实际应用方面远不如美国那么活跃。日本是超声波流量计研究的后起之秀,在消除管外传播时间、我