超聲波流量計是一種測量不同介質(zhì)流量的儀器,它根據(jù)超聲波在流體介質(zhì)中傳播時,流體介質(zhì)的流速信息會包含在超聲波信號中的原理,通過分析超聲波信號來獲取流體介質(zhì)的流速信息。由于超聲波流量計具有非接觸式測量、精度高、維護(hù)簡單等諸多優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)測量方面有著廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)外超聲波流量計的研究得到飛速發(fā)展,但是由于氣體在管道內(nèi)的流速分布非常復(fù)雜,在研制氣體超聲波流量計的過程中存在著許多難點(diǎn),尤其在小流量情況下流量計的精確度和穩(wěn)定性方面還沒有得到很好解決,需要進(jìn)一步的提高。通過參考大量文獻(xiàn)可知,氣體超聲波流量計的精度不高,一方面是由于在區(qū)分超聲波信號與雜波信號時出現(xiàn)誤判的幾率相對較高,另一方面在測量超聲波傳播時間時測時系統(tǒng)的精度不高,導(dǎo)致測量時間的誤差較大。本文設(shè)計的氣體超聲波流量計系統(tǒng)主要采用以下幾個改進(jìn)措施來達(dá)到設(shè)計的要求,首先在硬件架構(gòu)方面采用集成度較高的FPGA芯片代替了傳統(tǒng)的單片機(jī)加CPLD的架構(gòu)模式,簡化了設(shè)計電路,提高系統(tǒng)的快速性。其次采用改進(jìn)的時差法的算法消除了溫度對流量計精度的影響,然后通過對信號的波幅和周期兩個捕獲條件準(zhǔn)確的識別超聲波信號和雜波干擾信號,同時運(yùn)用脈沖計數(shù)法和邊沿檢測技術(shù)相結(jié)合的測時方法提高了流量計的精度。最后采用小波閾值降噪處理,通過降噪重構(gòu)信號還原了真實(shí)值,進(jìn)一步提高了流量計測量精度和穩(wěn)定性。本文以上述幾個方面的改進(jìn)措施和創(chuàng)新點(diǎn)為核心,試制了氣體超聲波流量計的樣機(jī),以空氣為介質(zhì)完成了管道氣體流速流量的測量,最后通過氣體超聲波流量計的對比實(shí)驗(yàn)得出樣機(jī)的準(zhǔn)確度較高,重復(fù)性較好,達(dá)到了預(yù)期要求,具有較好的市場應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TH814.92
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 氣體超聲波流量計研究背景
    1.2 超聲波流量計國內(nèi)外發(fā)展歷程
    1.3 超聲波流量計種類及分類方法
    1.4 超聲波流量計測量原理
        1.4.1 時差法
        1.4.2 多普勒法
        1.4.3 相關(guān)法
        1.4.4 波束偏移法
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
    1.6 本章小結(jié)
2 氣體超聲波流量計理論分析與研究
    2.1 超聲波的傳播特性
    2.2 超聲波換能器機(jī)理研究
        2.2.1 超聲波換能器簡介
        2.2.2 超聲波換能器工作原理及性能指標(biāo)
        2.2.3 氣體超聲波流量計換能器的安裝方式
    2.3 時差法改進(jìn)算法
    2.4 流體在圓形管道內(nèi)流速分布分析
        2.4.1 層流狀態(tài)下流速分布
        2.4.2 紊流狀態(tài)下流速分布
    2.5 本章小結(jié)
3 系統(tǒng)方案和硬件設(shè)計
    3.1 超聲波流量計系統(tǒng)總體設(shè)計方案
    3.2 超聲波發(fā)射驅(qū)動模塊硬件設(shè)計
    3.3 超聲波接收信號處理硬件設(shè)計
        3.3.1 放大濾波電路
        3.3.2 比較電路
    3.4 FPGA硬件電路
    3.5 本章小結(jié)
4 FPGA設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)
    4.1 FPGA開發(fā)環(huán)境介紹
    4.2 超聲波信號捕獲的原理及實(shí)現(xiàn)
        4.2.1 信號捕獲
        4.2.2 延遲開窗技術(shù)
        4.2.3 高低測時頻率設(shè)置
    4.3 高精度測時系統(tǒng)的設(shè)計
        4.3.1 傳統(tǒng)測時方法
        4.3.2 邊沿檢測法
        4.3.3 邊沿檢測模塊設(shè)計
    4.4 在線數(shù)據(jù)處理方法
        4.4.1 異常數(shù)據(jù)識別方法
        4.4.2 在線異常數(shù)據(jù)處理方法
    4.5 基于小波變換數(shù)據(jù)處理
        4.5.1 小波變換的基本理論
        4.5.2 時差數(shù)據(jù)小波閾值降噪分析
    4.6 本章小結(jié)
5 氣體超聲波流量計實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 超聲波流量計性能要求
    5.2 氣體超聲波流量計實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    5.3 氣體超聲波流量計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
        5.3.1 不同超聲波探頭對比實(shí)驗(yàn)
        5.3.2 氣體流量計流量實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
    5.4 誤差分析
    5.5 本章總結(jié)
6 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄

【參考文獻(xiàn)】

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1 任禮道;李雪梅;;超聲波流量計在石化行業(yè)中的應(yīng)用[J];化工自動化及儀表;2013年11期

2 呂永煥;;淺析超聲波流量計在AP1000主給水測量中的應(yīng)用[J];科技風(fēng);2013年09期

3 辛立峰;;超聲波流量計的原理及應(yīng)用[J];中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量;2011年09期

4 晁智強(qiáng);盛鋒;韓壽松;;時差法超聲波流量計誤差分析與研究[J];液壓與氣動;2009年06期

5 王明吉;周圍;;單聲道超聲流量計在單彎管流場中的適應(yīng)性研究[J];工業(yè)計量;2007年06期

6 陳玲;;新型流量測量儀表的應(yīng)用和發(fā)展[J];傳感器與微系統(tǒng);2007年06期

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8 賈寶賢,邊文鳳,趙萬生,王振龍;壓電超聲換能器的應(yīng)用與發(fā)展[J];壓電與聲光;2005年02期

9 于建國,陳明,周渭,劉海霞;精密時間間隔測量方法的改進(jìn)[J];宇航計測技術(shù);2003年03期

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本文編號：2832497