氣體超聲波流量計具有測量精度高、無壓損、量程比大、適用于大口徑等優(yōu)點。但是,超聲波換能器的聲阻抗與氣體的聲阻抗差異較大,導(dǎo)致超聲波透射率較低,換能器接收到的超聲波信號非常微弱,有時甚至淹沒在噪聲中,嚴(yán)重影響儀表的測量精度和量程比。我們課題組在2011年到2014年研制了雙聲道氣體超聲波流量計,取得較好的實驗結(jié)果,達到1級測量精度要求。為了提高氣體超聲波流量計的測量精度,本文研制基于FPGA和DSP雙核心的四聲道氣體超聲波流量計硬件系統(tǒng),并對硬件系統(tǒng)中選通方式、收發(fā)方式、供電電源、FPGA工作模式進行深入研究。硬件系統(tǒng)由發(fā)射/接收信號通道切換電路、驅(qū)動信號生成與放大電路、回波信號調(diào)理與采集電路、時序控制與信號處理電路、人機接口、串口通訊和電源電路組成。在驅(qū)動信號選通方式方面,采用固態(tài)繼電器取代原有的場效應(yīng)管對驅(qū)動信號進行選通,完成了低壓側(cè)選通到高壓側(cè)選通的轉(zhuǎn)變,提高了器件的利用率,并減小了通道間的串?dāng)_。在收發(fā)方式方面,通過同時選通兩路驅(qū)動信號和接收兩路回波信號,并改進高速DAC和高速ADC工作模式,從而提高系統(tǒng)的實時性和儀表的測量精度。改進了FPGA工作模式,采用Altera公司cycl... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 氣體超聲波流量計的特點
    1.2 氣體超聲波流量計測量原理
    1.3 氣體超聲波流量計組成
        1.3.1 一次儀表
        1.3.2 二次儀表
    1.4 氣體超聲波流量計國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.4.1 氣體超聲波流量國內(nèi)外產(chǎn)品開發(fā)及性能指標(biāo)
        1.4.2 國內(nèi)外氣體超聲波流量計硬件系統(tǒng)研制現(xiàn)狀
    1.5 課題來源及本文主要研究內(nèi)容
第二章 四聲道氣體超聲波流量計方案設(shè)計
    2.1 系統(tǒng)組成
    2.2 工作流程
    2.3 設(shè)計要點
        2.3.1 選通方式
        2.3.2 收發(fā)方式
        2.3.3 FPGA工作模式
        2.3.4 供電電源
    2.4 小結(jié)
第三章 四聲道氣體超聲波流量計硬件研制
    3.1 驅(qū)動信號放大電路
        3.1.1 電壓放大電路
        3.1.2 功率放大電路
        3.1.3 變壓器放大電路
    3.2 回波信號調(diào)理與放大電路
        3.2.1 電壓放大電路
        3.2.2 帶通濾波電路
        3.2.3 自增益放大電路
        3.2.4 單端轉(zhuǎn)差分電路
    3.3 發(fā)射/接收通道切換電路
        3.3.1 激勵信號通道切換電路
        3.3.2 回波信號通道切換電路
    3.4 高速DAC與高速ADC
        3.4.1 高速DAC電路
        3.4.2 高速ADC電路
    3.5 DSP最小系統(tǒng)
        3.5.1 DSP芯片
        3.5.2 時鐘
        3.5.3 外部看門狗電路
        3.5.4 鐵電存儲器
    3.6 FPGA最小系統(tǒng)
        3.6.1 FPGA芯片
        3.6.2 時鐘
        3.6.3 復(fù)位電路
    3.7 電源管理模塊
        3.7.1 EMI濾波電路
        3.7.2 電壓轉(zhuǎn)換電路
    3.8 串行通信和人機接口
    3.9 系統(tǒng)防干擾設(shè)計
    3.10 本章小結(jié)
第四章 四聲道氣體超聲波流量計軟件設(shè)計
    4.1 軟件組成和工作流程
        4.1.1 軟件組成
        4.1.2 工作流程
    4.2 FPGA軟件
        4.2.1 FPGA軟件組成
        4.2.2 各模塊功能
    4.3 DSP軟件
        4.3.1 DSP軟件組成
        4.3.2 各模塊功能
    4.4.小結(jié)
第五章 四聲道氣體超聲波流量計調(diào)試與實驗
    5.1 硬件焊接和調(diào)試
        5.1.1 硬件焊接
        5.1.2 模擬板調(diào)試
        5.1.3 數(shù)字板調(diào)試
    5.2 實驗標(biāo)定
        5.2.1 實驗室實驗
        5.2.2 重慶市計量質(zhì)量檢測研究院標(biāo)定
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文工作總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
附錄
攻讀學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果清單



本文編號：3200519