【摘要】：超聲波流量計,它是一種在超聲波測量相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,通過對流體在管道內(nèi)流動時的速度進行測量,經(jīng)過相關(guān)信號處理和數(shù)據(jù)計算,進一步測得管道內(nèi)流體流量的儀器,它關(guān)系到我們的日常生活各個方面。20世紀(jì)以來,新的信號處理技術(shù)不斷涌現(xiàn),硬件電路單元也變的更加密集化,伴隨著越來越多的新型超聲換能器的出現(xiàn),進一步提升了整個超聲波流量檢測領(lǐng)域的設(shè)計和加工水平。產(chǎn)品設(shè)計費用低廉,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、易于安裝和使用等都是超聲波流量計的一些特點,因此在石油開采、天然氣勘探、航空制造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著大量應(yīng)用。流量計是工業(yè)發(fā)展不可缺少的工具,對于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求來說,安裝簡單、更高精度和更加智能化的超聲波流量計的設(shè)計是非常必要的。本文基于超聲波時差法測量流體流速的方法,結(jié)合以ARM芯片為核心的嵌入式硬件平臺,設(shè)計出了新型的具有較高精度的超聲波流量計,之后進行了相關(guān)流量測量的模擬實驗,對本文設(shè)計的超聲波流量計的檢測效果進行了驗證。首先對超聲波流量計的產(chǎn)生背景,以及近幾年國內(nèi)外超聲波流量計的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了分析,然后將超聲波流量計的流量檢測原理進行了闡述和對比,最后選擇時差法作為本次設(shè)計的核心方法。其次因為超聲波自身的衰減特性和周圍環(huán)境的噪聲干擾等的影響,導(dǎo)致檢測到的超聲波信號能量較弱并且波形相對雜亂,需要經(jīng)過相關(guān)的信號調(diào)理模塊處理之后才能進一步分析。然后通過設(shè)計相應(yīng)的信號采集模塊,以ARM微控制器芯片為核心,將信號采集處理后,通過以太網(wǎng)口的傳送方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機進行后期數(shù)據(jù)處理。最后在計算機上針對采集到的超聲波信號的特點,使用MATLAB軟件,結(jié)合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分析(Empirical Mode Decomposition),希爾伯特黃變換(Hilbert-Huang Transform)等信號檢測領(lǐng)域的分析方法對信號進行了后期處理,使測量結(jié)果更為準(zhǔn)確,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于LabWindows/CVI的超聲波流量計的測量系統(tǒng)。通過搭建相關(guān)實驗平臺,對模擬管道內(nèi)流體流動的實驗采集到的數(shù)據(jù)進行分析驗證后,可以較為準(zhǔn)確的得到流體流量,證明該超聲波流量計的測量效果良好。
[Abstract]:Ultrasonic Flowmeter, based on the theory of ultrasonic measurement, is an instrument to measure the flow rate of the fluid in the pipeline by measuring the velocity of the fluid flowing in the pipeline, and through the related signal processing and data calculation. It is related to every aspect of our daily life. Since the 20th century, new signal processing technology has been emerging, and the hardware circuit unit has become more and more dense, along with the emergence of more and more new ultrasonic transducers. Further improve the design and processing level of the whole ultrasonic flow detection field. The low cost of product design, wide application, easy installation and use of ultrasonic Flowmeter are some characteristics of ultrasonic Flowmeter, so it has a large number of applications in the fields of petroleum exploitation, natural gas exploration, aviation manufacturing, biomedicine and so on. Flowmeter is an indispensable tool for industrial development. For the demand of modern industrial production, the design of ultrasonic Flowmeter with simple installation, higher precision and more intelligence is very necessary. In this paper, a new ultrasonic Flowmeter with high precision is designed based on the ultrasonic time difference method and the embedded hardware platform based on ARM chip. The effect of ultrasonic Flowmeter designed in this paper is verified. Firstly, the background of ultrasonic Flowmeter and the application status of ultrasonic Flowmeter at home and abroad in recent years are analyzed, and then the flow detection principle of Ultrasonic Flowmeter is expounded and compared. Finally, the moveout method is chosen as the core method of this design. Secondly, because of the attenuation characteristics of ultrasonic wave and the noise interference in the surrounding environment, the detected ultrasonic signal is weak in energy and relatively chaotic in waveform. It needs to be processed by relevant signal conditioning module before further analysis. Then through the design of the corresponding signal acquisition module, taking the ARM microcontroller chip as the core, after the signal acquisition and processing, the data is sent to the computer for later data processing through the transmission mode of the Ethernet port. Finally, according to the characteristics of the collected ultrasonic signal on the computer, using MATLAB software, combined with empirical modal analysis of (Empirical Mode Decomposition), Hilbert-Huang transform (Hilbert-Huang Transform) signal detection and other signal detection methods for the post-processing of the signal. The measurement system of ultrasonic Flowmeter based on LabWindows/CVI is designed. By setting up the relevant experimental platform and analyzing and verifying the data collected in the experiment of simulating the fluid flow in the pipeline, the fluid flow rate can be obtained more accurately, which proves that the ultrasonic Flowmeter has a good measuring effect.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH814.92

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