面向耐高压换能器的低功耗气体超声波流量变送器研制

发布时间：2023-05-18 22:24

　　在一些小型气体贸易交接计量场合中,如城市燃气、地暖用气、小商户用气、煤改气用气等场合,国内多采用膜式燃气表进行交接计量。虽然膜式燃气表价格较低,但其仅能达到2级或3级测量精度,且量程比较窄;同时,测量精度会随着使用时间的增长而降低。为此,国外研制了低功耗单声道气体超声波流量计,以替代膜式燃气表,并在国内销售。而此类国产仪表不能达到相应的技术指标。针对这一情况,选用国产耐高压气体超声波换能器,针对其回波信号品质不高的问题,研究基于可变阈值的数字信号处理方法,研制基于STM32低功耗单片机的低功耗流量变送器,并优化硬件和软件,实现在单声道气体超声换能器、电池供电情况下,测量精度达到1级的要求,通过了国内最大的自动化仪表企业的实验测试。搭建实验平台,对国产耐高压气体超声波换能器进行实验和测试,分析回波信号特点。由于耐高压换能器在制作艺上采用了钛合金外壳,声阻抗不匹配,影响了回波信号的品质,以致一些常用的数字信号处理方法不再适用。为此,研究基于可变阈值的数字信号处理方法,处理气体超声波换能器的回波信号,计算体积流量。基于可变阈值信号处理方法在流量为0/?～400/?范围内最大特征点波动范围小,...

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 低功耗气体超声波流量计的研究背景和意义
        1.1.1 气体超声波流量计的发展概述
        1.1.2 低功耗气体超声波流量计的研究意义
    1.2 国内外低功耗气体超声波流量计研究现状和存在的问题
    1.3 气体超声波流量计的结构组成和测量原理
        1.3.1 结构组成
        1.3.2 基本原理
    1.4 本文主要研究内容
第二章 信号处理方法研究
    2.1 DYA-200-01X型换能器回波信号特点分析
        2.1.1 回波信号采集和处理步骤
        2.1.2 回波信号特点分析
        2.1.3 回波信号对比以及处理方法选择
    2.2 可变阈值的信号处理方法
        2.2.1 信号处理方法步骤
        2.2.2 特征点稳定性分析
    2.3 不同信号处理方法的比较
        2.3.1 回波峰值拟合的信号处理方法
        2.3.2 回波能量积分的信号处理方法
    2.4 本章小结
第三章 系统硬件实现
    3.1 系统组成
    3.2 激励电路模块
        3.2.1 驱动放大电路
        3.2.2 MOSFET升压电路
    3.3 发送/接收通道切换电路
        3.3.1 发送通道切换电路
        3.3.2 接收通道切换电路
    3.4 回波调理模块
    3.5 信号处理模块
    3.6 通讯模块
    3.7 电源管理模块
    3.8 本章小结
第四章 系统软件实现
    4.1 系统软件总体框图
    4.2 系统主监控程序流程图
    4.3 模块介绍
        4.3.1 激励产生模块
        4.3.2 中断服务程序
        4.3.3 脉冲上传模块
        4.3.4 低功耗模块
        4.3.5 其他软件模块
    4.4 本章小结
第五章 低功耗气体超声波流量计标定实验
    5.1 标定要求
    5.2 标准表法测试实验
    5.3 音速喷嘴法标定实验
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 当前工作总结
    6.2 展望
参考文献
附录
攻读学位期间的学术活动及成果清单



本文编号：3819115