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基于时差法的超声波流量测试系统研究

作　者: 刘丽珺
导　师: 鲍敏
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 超声波流量计时差法数字信号处理器调制解调传播时间
分类号: TH814.92
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超声波流量测量技术是根据流体流动对超声脉冲传播速度的调制作用来实现测量的新型测试技术。本论文涉及的超声波流量计是采用外夹结构的液体超声波流量计,该类型流量计具有非接触测量、量程范围宽的特点,在其他插入式超声波流量计难以安装以及一些临时性流量测量场合应用具有一定的便捷优势。针对当前国内此类超声波流量计在应用中的问题,本论文主要在超声脉冲硬件编码方面进行了一些设计工作,以期提升有效信号比例,提升流量计响应速度。另外还在温度测试与补偿方面做了一些工作,给出了在温度适应性,精度方面得到提升的测量技术。本文在分析了超声波流量计各种测量方法的测量原理和特点的基础上,设计了一套基于改进时差法的超声波流量测试系统,采用一对超声波探头交替地发射和接收超声波信号,系统处理核心是TI的DSP芯片TMS320F2812,确保系统响应速度,并给出了硬件与软件方案。流量计二次表部分设计工作包括器件和芯片的选择、具体参数的计算和功能的实现,包括超声波发射电路、接收电路、探头收发切换控制电路、时间测量电路、测温电路以及DSP核心电路等。系统采用对方波信号经FSK调制后驱动超声波换能器发射超声波,接收端进行超声波信号解调,来定位超声波信号到达的时刻。超声波编码信号在介质中的传播时间采用德国ACAM公司的时间测量芯片TDC-GP2测量。软件部分包括PWM波的控制产生、瞬时流量积算以及通讯等。程序的调度与管理采用TI的DSP/BIOS实现。另外,本论文对该液体超声波流量计进行了试验研究,测量结果进行了标定,并对标定结果进行了修正。最后对本流量测试系统的工作作了总结,并展望了后期工作。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 研究背景及意义  11-13
  1.2 超声波流量计发展历程与研究现状  13-16
    1.2.1 超声波测量技术发展概况  13-14
    1.2.2 超声波流量计国内外研究现状  14-16
  1.3 本文研究的目的与主要内容  16-18
第二章超声波流量计的原理及方案设计  18-25
  2.1 流量的基本概念  18-19
    2.1.1 流量  18
    2.1.2 总量  18-19
  2.2 超声波流量测量的原理  19-22
    2.2.1 传播速度差法  19-21
    2.2.2 多普勒法  21
    2.2.3 相关法  21-22
  2.3 总体方案的确定  22-23
  2.4 超声波换能器的选择  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章时差法超声波流量测试系统的硬件方案分析  25-29
  3.1 系统的硬件方案  25-26
  3.2 系统的测时分析  26-28
  3.3 本章小结  28-29
第四章系统硬件的具体实现  29-49
  4.1 超声波发射电路  29-35
    4.1.1 FSK 调制信号的产生  29-34
    4.1.2 超声波探头收发切换控制  34-35
  4.2 超声波接收电路  35-39
    4.2.1 放大滤波电路  35-37
    4.2.2 解调电路  37-39
  4.3 时间测量电路  39-42
  4.4 DSP 核心系统设计  42-45
    4.4.1 DSP TM5320F2812 简介  43
    4.4.2 DSP 的电源设计  43-44
    4.4.3 JTAG 接口电路  44
    4.4.4 通讯电路  44-45
  4.5 测温部分  45-48
    4.5.1 三线制Pt100 的测温方法  46-47
    4.5.2 四线制Pt100 的测温方法  47-48
  4.6 本章小结  48-49
第五章系统的软件设计  49-60
  5.1 CCS 开发环境  49
  5.2 DSP/BIOS  49-50
  5.3 超声波流量计系统进程的调度  50-52
  5.4 流量测试系统软件的实现  52-59
    5.4.1 PWM 波的产生  52-55
    5.4.2 时间测量部分  55-57
    5.4.3 流量的测量  57
    5.4.4 485 通讯  57-59
  5.5 本章小结  59-60
第六章超声波流量计试验研究  60-65
  6.1 超声波流量计的安装  60
  6.2 液体超声波流量计的标定试验研究  60-64
    6.2.1 超声波流量计的实流标定  61-62
    6.2.2 标定结果修正  62-64
  6.3 本章小结  64-65
第七章总结与展望  65-67
  7.1 本文研究工作总结  65
  7.2 研究展望  65-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间的研究成果  71

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