超聲波流量計(jì)的流速測(cè)量的研究

摘要】： 流量的測(cè)量是保證生產(chǎn)過(guò)程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。近年來(lái)新的電子技術(shù)和信號(hào)處理方法的引入，該領(lǐng)域的發(fā)展正呈現(xiàn)不斷加速的勢(shì)頭，技術(shù)不斷更新，應(yīng)用范圍不斷地?cái)U(kuò)展。本文所選用的是超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)作為一種非接觸式儀表以其固有的優(yōu)點(diǎn)在石油、醫(yī)藥、水資源管理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其關(guān)鍵的參數(shù)就是系統(tǒng)的測(cè)量精度。 文章首先在分析超聲波流量計(jì)的原理以及國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品差距的基礎(chǔ)上，給出了一種基于DSP的改進(jìn)相位差法的超聲波流量計(jì)方案。相位差法是超聲波流量計(jì)的一種測(cè)量方法。此方法要求被測(cè)信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻的波形要準(zhǔn)確，為了提高系統(tǒng)測(cè)量的精度，本文提出了用相關(guān)算法來(lái)計(jì)算相位差，并利用軟件插值來(lái)提高時(shí)間分辨率。介紹了插值原理，相關(guān)原理，及如何用插值算法和相關(guān)算法來(lái)提高時(shí)間分辨率。確定了超聲波頻率，A／D變換器的選擇，A／D變換器采樣的速度，具體計(jì)算出了采樣的點(diǎn)數(shù)和插值點(diǎn)數(shù)等方面的參數(shù)。主要研究工作有：首先從相關(guān)理論出發(fā)，用MATLAB編程驗(yàn)證了其正確性；其次在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路。其中硬件系統(tǒng)以TI公司的DSP芯片TMS320VC5402為核心。DSP芯片的信號(hào)處理速度快，確保了本系統(tǒng)高的測(cè)量精度，硬件部分包括信號(hào)接收與放大，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示和DSP處理器系統(tǒng)。在CCS3.1環(huán)境下編寫(xiě)了系統(tǒng)的軟件程序。 系統(tǒng)的硬件組成包括超聲波探頭，超聲波信號(hào)放大接收電路，數(shù)字信號(hào)處理電路以及后端服務(wù)電路。在DSP中實(shí)現(xiàn)各種算法。 軟件仿真的結(jié)果證實(shí)了該方案的可行性，實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)有一定相位差的兩組正弦波信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。運(yùn)算結(jié)果有一定的誤差。zui后文章給出了本系統(tǒng)的改進(jìn)意見(jiàn)。