發(fā)布時(shí)間：2017-09-19 22:27

  本文關(guān)鍵詞：基于ARM的多參數(shù)自適應(yīng)氣體渦街流量計(jì)的設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 渦街流量計(jì) 二次儀表 壓電傳感器 程控增益放大器 頻譜分析 變采樣頻率

【摘要】：基于卡門(mén)渦街原理的渦街流量計(jì)因壓力損失小、穩(wěn)定性好、適用于測(cè)量多種介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于測(cè)量液體、氣體和蒸汽的流量。但是,目前的渦街流量計(jì)存在著兩個(gè)問(wèn)題：一是低流速時(shí)渦街信號(hào)測(cè)量不準(zhǔn),量程比受限；二是目前市場(chǎng)上推出的渦街流量計(jì)產(chǎn)品,二次儀表與一次儀表都是配套使用,測(cè)量區(qū)間和測(cè)量口徑比較的固定。工程中應(yīng)用中,針對(duì)不同的測(cè)量口徑和測(cè)量介質(zhì),需要分別定制與之配套的二次儀表,提升了使用成本。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)一種基于ARM的多參數(shù)自適應(yīng)渦街流量計(jì)。對(duì)信號(hào)處理電路進(jìn)行了的改進(jìn),通過(guò)采用模擬濾波和數(shù)字頻譜分析相結(jié)合的方法,對(duì)渦街傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行采集和處理,提升了渦街信號(hào)的測(cè)量準(zhǔn)確度,降低了測(cè)量下限,也同時(shí)滿足了不同儀表口徑和不同介質(zhì)的測(cè)量需求。本文首先分析了一次儀表中壓電傳感器輸出的渦街信號(hào)及噪聲的特點(diǎn),根據(jù)信號(hào)的特征,設(shè)計(jì)了前置放大電路,主要包括電荷放大器、程控增益放大器、低通濾波器、施密特整形電路和光電耦合電路。前置放大電路完成對(duì)渦街傳感器輸出的信號(hào)的電荷/電壓轉(zhuǎn)換、放大、濾波、整形等預(yù)處理,輸出兩路信號(hào)：一是經(jīng)低通濾波器后輸出近似正弦的渦街信號(hào)；二是經(jīng)施密特電路后整形出與渦街信號(hào)頻率相等的方波脈沖信號(hào)�？刂破鬟x用低成本、低功耗、內(nèi)嵌Cortex-M3內(nèi)核的STM32F107VCT6,完成對(duì)信號(hào)的采集、分析、計(jì)算,顯示的功能。軟件部分主要完成渦街信號(hào)的采集、程控放大倍數(shù)調(diào)整、頻譜分析、頻譜校正、頻率計(jì)算和顯示等功能。開(kāi)發(fā)工具是Keil uVision4 for ARM,采用C語(yǔ)言來(lái)編程。本文結(jié)合渦街信號(hào)頻率、幅值跨度范圍較大的特點(diǎn),采用固定采樣點(diǎn)數(shù),變采樣頻率的FFT算法,根據(jù)FFT計(jì)算結(jié)果,計(jì)算功率譜,進(jìn)行頻譜校正：最后根據(jù)功率譜信息求出渦街信號(hào)的頻率,既降低了測(cè)量下限,又滿足了系統(tǒng)低功耗的要求。本課題較好地完成了預(yù)期的設(shè)想,設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路,完成了系統(tǒng)軟件的編寫(xiě)和調(diào)試,并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了氣體流量測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)具備抗干擾能力強(qiáng),測(cè)量精度高,擴(kuò)大了量程比,可用于測(cè)量小流量,適用范圍更廣的優(yōu)點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：渦街流量計(jì) 二次儀表 壓電傳感器 程控增益放大器 頻譜分析 變采樣頻率
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH814
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 渦街流量計(jì)概述10-11
• 1.2 渦街流量計(jì)信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理的國(guó)外研究現(xiàn)狀11
• 1.2.2 渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題研究的目的及意義12-13
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容13-16
• 第二章 渦街流量計(jì)原理及其算法的研究16-38
• 2.1 渦街流量計(jì)的原理16-19
• 2.1.1 卡門(mén)渦街的形成16
• 2.1.2 渦街流量計(jì)工作原理16-17
• 2.1.3 渦街流量計(jì)的輸出信號(hào)分析17-19
• 2.2 渦街信號(hào)處理算法研究19-22
• 2.2.1 數(shù)字濾波法19-21
• 2.2.2 自適應(yīng)陷波法21-22
• 2.3 FFT算法簡(jiǎn)介22-26
• 2.3.1 基于FFT的周期圖法22-23
• 2.3.2 快速傅立葉變換23-24
• 2.3.3 頻率分辨率及FFT參數(shù)的選擇24-25
• 2.3.4 頻譜分析中存在的誤差25-26
• 2.4 改進(jìn)方案26-29
• 2.4.1 變采樣頻率26-27
• 2.4.2 頻譜校正27-29
• 2.5 MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)29-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 渦街流量計(jì)的硬件模塊設(shè)計(jì)38-56
• 3.1 整體方案設(shè)計(jì)38-39
• 3.2 前置放大電路39-45
• 3.2.1 電荷放大器電路39-40
• 3.2.2 程控增益放大器電路40-41
• 3.2.3 低通濾波器電路41-44
• 3.2.4 施密特電路44-45
• 3.2.5 光電耦合電路45
• 3.3 主控模塊45-51
• 3.3.1 微處理器的選型45-46
• 3.3.2 處理器電路46-48
• 3.3.3 JTAG下載模塊48-49
• 3.3.4 LCD顯示模塊設(shè)計(jì)49-50
• 3.3.5 USART模塊50-51
• 3.4 電源模塊51-52
• 3.5 壓力采集模塊52-53
• 3.6 溫度測(cè)量模塊53-54
• 3.7 PCB設(shè)計(jì)54-55
• 3.8 本章小結(jié)55-56
• 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)56-68
• 4.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)56
• 4.2 軟件設(shè)計(jì)思路56-57
• 4.3 各模塊的軟件設(shè)計(jì)57-67
• 4.3.1 程控放大器倍數(shù)調(diào)整模塊57-58
• 4.3.2 低通濾波器截止頻率調(diào)整模塊58-60
• 4.3.3 流量計(jì)算模塊60-63
• 4.3.4 壓力采集及數(shù)據(jù)處理模塊63-64
• 4.3.5 溫度采集及數(shù)據(jù)處理模塊64-66
• 4.3.6 LCD顯示模塊66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 渦街流量計(jì)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)68-76
• 5.1 電路測(cè)試68-71
• 5.1.1 電荷放大器電路測(cè)試68-69
• 5.1.2 程控增益放大器電路測(cè)試69-70
• 5.1.3 低通濾波器電路測(cè)試70
• 5.1.4 前置放大電路測(cè)試70-71
• 5.2 系統(tǒng)整體測(cè)試71-74
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置71-72
• 5.2.2 氣體流量實(shí)驗(yàn)72-74
• 5.3 本章小結(jié)74-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 論文完成的主要工作76
• 6.2 工作展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 發(fā)表論文和參加科研情況82-84
• 致謝84

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