本文關(guān)鍵詞：基于時(shí)差法的超聲波流量檢測技術(shù)研究

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【摘要】：近年來超聲波技術(shù)應(yīng)用于流量檢測領(lǐng)域發(fā)展得很快。超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí),攜帶了流體流速的信息,可以通過不同的方法接收超聲波,提取有關(guān)信息并計(jì)算出流體瞬時(shí)流速及其流量。目前應(yīng)用較多的流量檢測方法主要有時(shí)差法、多普勒法等。超聲波流量計(jì)具有不阻礙流體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),而且特別適宜大流量或大管徑的測量。時(shí)差法測量準(zhǔn)確度較高,但它不適用于含固體顆粒的污水等流體流量測量,當(dāng)流體流動(dòng)速度較低時(shí),也會(huì)產(chǎn)生靈敏度下降。多普勒方法在含懸浮顆粒、氣泡等兩相流動(dòng)的流量測量中得到很好的應(yīng)用。本課題基于超聲波時(shí)差法流量測量原理,使用FPGA和DSP作為系統(tǒng)的控制與運(yùn)算核心,采用連續(xù)正弦信號作為超聲波激勵(lì)信號,通過測量接收信號與發(fā)射信號之間的相位差來測量流量,并將時(shí)間碎片的測量累積轉(zhuǎn)換為電容充電量的測量,設(shè)計(jì)了一種高精度、多功能的單相流體超聲波流量計(jì)。首先對超聲波流量技術(shù)的發(fā)展和研究背景做了簡單介紹,然后介紹了基于時(shí)差法的超聲波流量測量原理。接著根據(jù)超聲波時(shí)差法流量原理提出了超聲波流量計(jì)的測量方案,通過測量流速相對穩(wěn)定的管道軸心線處流速,來得到管道內(nèi)流體瞬時(shí)流量,并對可能影響測量方案精度的因素都做了分析,以及提出了可行的修正方案。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了超聲波流量計(jì)裝置,包括信號發(fā)射與接收電路、充電測量電路、運(yùn)算與控制核心電路等的設(shè)計(jì),并對檢測裝置中各個(gè)模塊分別進(jìn)行調(diào)試和測試。針對設(shè)計(jì)的硬件裝置,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的系統(tǒng)軟件,以配合流量計(jì)完成管道內(nèi)流體流量的測量。詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)的超聲波流量計(jì)采用的流量測量模型和超聲波傳感器,并設(shè)計(jì)了一套可以產(chǎn)生增量的勻速氣流循環(huán)裝置來對超聲波流量計(jì)進(jìn)行實(shí)際測試。接著對實(shí)驗(yàn)測試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,分析設(shè)計(jì)的流量檢測裝置的可靠性和穩(wěn)定性等性能。最后,對課題工作的完成情況進(jìn)行總結(jié),并就當(dāng)前完成的超聲波流量計(jì)對課題未來的工作進(jìn)行展望,以期進(jìn)一步提高超聲波流量計(jì)的流量檢測性能。
【關(guān)鍵詞】：流量檢測 超聲波 時(shí)差法
【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
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 課題的研究背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外關(guān)于超聲波流量計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢11-13
• 1.3 本論文主要完成的工作和結(jié)構(gòu)安排13-14
• 第二章 測量原理與方案設(shè)計(jì)14-26
• 2.1 超聲波時(shí)差法流速測量基本原理14-15
• 2.2 測量方案設(shè)計(jì)15-20
• 2.2.1 測量原理15-17
• 2.2.2 測量方案17-18
• 2.2.3 重復(fù)累積測量18-19
• 2.2.4 測量過程時(shí)序圖19-20
• 2.3 影響時(shí)差法測量原理精度的因素及修正20-25
• 2.3.1 管道內(nèi)流體速度分布不均勻20-23
• 2.3.2 溫度對超聲波傳輸速度的影響23-24
• 2.3.3 傳播路徑偏差24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)26-48
• 3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)26-28
• 3.2 測量裝置模型及超聲波傳感器28-30
• 3.3 系統(tǒng)工作過程30
• 3.4 信號發(fā)射與接收電路30-36
• 3.4.1 信號發(fā)射電路30-32
• 3.4.2 信號接收電路32-34
• 3.4.3 方波轉(zhuǎn)換電路34-35
• 3.4.4 微分電路與RS觸發(fā)器35-36
• 3.5 充電測量電路36-41
• 3.5.1 充電電路設(shè)計(jì)37-38
• 3.5.2 充電電路的模擬測試38-39
• 3.5.3 充電電路的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)39-41
• 3.6 運(yùn)算與控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)41-45
• 3.6.1 程序下載電路41-43
• 3.6.2 復(fù)位及時(shí)鐘電路43
• 3.6.3 交互接口電路43-45
• 3.7 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)45-47
• 3.8 本章小結(jié)47-48
• 第四章 系統(tǒng)控制邏輯與軟件設(shè)計(jì)48-57
• 4.1 FPGA邏輯設(shè)計(jì)48-54
• 4.1.1 時(shí)鐘分頻模塊設(shè)計(jì)49
• 4.1.2 脈沖產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)49-51
• 4.1.3 充電模塊設(shè)計(jì)51-52
• 4.1.4 時(shí)序控制模塊設(shè)計(jì)52-53
• 4.1.5 系統(tǒng)復(fù)位模塊設(shè)計(jì)53-54
• 4.2 DSP軟件設(shè)計(jì)54-56
• 4.2.1 中斷服務(wù)程序54-55
• 4.2.2 流量修正程序55-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 第五章 調(diào)試與實(shí)驗(yàn)57-78
• 5.1 實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)57-58
• 5.2 信號發(fā)射與接收電路的調(diào)試58-63
• 5.3 模擬測量過程的調(diào)試63-66
• 5.4 氣體流量測量實(shí)驗(yàn)66-77
• 5.4.1 靜止?fàn)顟B(tài)測量實(shí)驗(yàn)66-68
• 5.4.2 流量增量測量實(shí)驗(yàn)68-72
• 5.4.3 流量定量測量實(shí)驗(yàn)72-76
• 5.4.4 系統(tǒng)誤差分析76-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 本課題工作總結(jié)78-79
• 6.2 未來的工作展望79-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-83
• 附錄83-84
• 攻碩期間取得的研究成果84-85

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本文編號：960157