本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的科氏質(zhì)量流量計相位差算法研究與實現(xiàn)　出處：《廣西大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：伴隨現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展,可靠高效的精密質(zhì)量流量計量儀器存在大量需求。基于科氏力效應的科里奧利質(zhì)量流量計能夠以直接方式測量質(zhì)量流量,引起廣泛關(guān)注并成為研究熱點。其中相位差是反映該類型質(zhì)量流量測量結(jié)果的關(guān)鍵參數(shù)。使用傳統(tǒng)的比較器模擬電路處理方式,無法實現(xiàn)高精度的過零點檢測。利用數(shù)字信號處理方式為提高相位檢測精度提供了可能性,但理論上算法往往過于復雜,需要過多的乘法器,對處理器要求較高。本文研究在FPGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)基礎(chǔ)上設計使用較少乘法器的算法實現(xiàn)相位差的高精度測量。首先,文章以按基抽取法分析離散傅里葉變換,考察在不同基數(shù)下其運算量和所使用乘法器的數(shù)量,綜合運算量和乘法器使用量得出合適的基數(shù)。以該基數(shù)進行Matlab編程仿真,完成地址變換和蝶形處理單元,輸入不同點數(shù)的帶白噪聲采樣信號,分析點數(shù)對相位精度的影響。研究結(jié)果表明基數(shù)提高時乘法器的使用量也增多,但運算量的減少量不是很大,其中以基數(shù)2所使用的乘法器最少,綜合得到2為合適的基數(shù)。通過不同點數(shù)的采樣數(shù)據(jù)處理得到的相位結(jié)果表明,點數(shù)的增加對精度的提高具有正向影響,取1024點時能夠?qū)⑾鄬φ`差降到兩位小數(shù)以下。然后,文章確定算法后以FPGA為基礎(chǔ)進行了系統(tǒng)的硬件和軟件設計。一是硬件方面,主要是對信號進行預處理濾波、放大和采樣。濾波模塊為有源巴特沃斯低通濾波器,以對應的歸一化濾波器模型求出濾波器階數(shù)為4,模塊濾除120Hz以上的阻帶信號且抑制增益達到-49.6dB；放大模塊實現(xiàn)小信號50倍放大,信號以負反饋方式放大后轉(zhuǎn)換為差動輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對ADS1255進行完整的外圍電路設計,對放大模塊輸出的信號實現(xiàn)高精度采樣。二是軟件方面,在FPGA上除了必要的SPI (Serial Peripheral Interface,串行外設接口),UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步收發(fā)傳輸器)通信總線外,主要內(nèi)容是對1024點的基2抽取法實現(xiàn)。SPI模塊實現(xiàn)與ADS1255一致的片上SPI時序,完成數(shù)據(jù)收發(fā)；UART模塊負責將結(jié)果發(fā)回到PC端,實現(xiàn)了無流控制的發(fā)送功能；作為軟件的主體部分,基2抽取法實現(xiàn)模塊包含地址變換,數(shù)據(jù)存儲,蝶形處理單元等子模塊,完成1024點的基2抽取算法。在完成軟硬件后,以多組信號輸入,測量結(jié)果表明相位差測量精度達到0.01度,最后系統(tǒng)完成高精度測量目標,工作可靠有效。設計過程所使用FGPA開發(fā)平臺由廣西科學院提供。
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN791;TH814

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

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2 劉燦濤,趙偉,袁俊;基于數(shù)字相關(guān)原理的相位差測量新方法[J];計量學報;2002年03期

3 鄭勝峰;樓梅燕;范文晶;王海;;一種基于多重相關(guān)法的相位差測量方法[J];宇航計測技術(shù);2008年05期

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本文編號：1321577