基于DPS技术的超声波多普勒流量计的设计

发布时间：2017-05-18 05:02

  本文关键词：基于DPS技术的超声波多普勒流量计的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 超声多普勒流量计主要用于污水类非纯净液体和混有固体颗粒的两相流的流量测量，其优点是：分辨率高，对流速变化响应快；对流体的压力、粘度和温度等因素不敏感。但就当前测量水平来说，其精度及其它性能都有待于进一步提高，因此，超声多普勒流量计的研究无论是对于自动化测量技术的提高还是对于环保事业来说，都将是一项极有意义的研究课题。 本课题设计的超声多普勒流量计引入先进的数字信号处理技术，在频域上对多普勒信号进行有效的处理，主要处理技术是以快速傅里叶(FFT)变换为基础的周期图法和峰值逼近算法。具体方法是首先对多普勒频移信号进行采样，再进行FFT变换，进而得到该信号的功率谱，在功率谱上应用峰值频率的逼近算法，加上适当的数字滤波技术，从而得到频移信号所对应的频率值，在此基础上，根据多普勒效应原理，求取管道中流体流速及其它数据量。为进一步提高精度，在进行数据采样时，采样率的选择根据频率值进行了分段设置，提高了FFT变换的频谱分辨率。由于要进行大量的数据处理，硬件电路采用TI公司的TMS320F240 DSP作为核心处理器件，从而满足系统实时性的要求。硬件电路除了核心器件外，还辅以其他滤波及放大电路等，最终推出一款结构简单、系统完善的新型超声多普勒流量计。 该系统除了具有一般流量计的显示功能，如瞬时流量、累计流量、累计时间、瞬时流速的显示等，还引入了频谱的动态显示，有利于实时观测信号状态，特别是对于多普勒流量计的安装非常有利。在仪表精度和稳定性方面，，也有了进一步的提高。
【关键词】：多普勒 流量计 FFT 峰值逼近 TMS320F240 DSP
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TH814.92
【目录】：

• 1 绪论7-10
• 1．1 超声波流量计简介7-8
• 1．2 超声多普勒流量计的发展8-10
• 2 超声波多普勒流量计工作原理10-19
• 2．1 多普勒效应10-13
• 2．1．1 声源运动，观察者相对静止10-11
• 2．1．2 观察者运动，声源相对静止11-13
• 2．2 超声波多普勒流量计测量原理13-19
• 2．2．1 工作原理13
• 2．2．2 流量方程13-15
• 2．2．3 有关流量方程的几点讨论15-19
• 3 系统硬件结构19-34
• 3．1 整体硬件结构框图19-20
• 3．2 系统电路原理图20-22
• 3．3 模拟系统模块22-26
• 3．3．1 低通滤波器TLC1423-24
• 3．3．2 信号放大器AD62324-26
• 3．4 数字系统模块26-32
• 3．4．1 TMS320F240 DSP中心处理单元27-29
• 3．4．2 液晶显示器及电源模块29-30
• 3．4．3 外部RAM及串行E~2PROM X504530-31
• 3．4．4 模数转换及4—20mA输出31-32
• 3．5 硬件抗干扰32-34
• 4 系统软件结构34-43
• 4．1 系统主程序流程图34-35
• 4．2 系统各功能模块介绍35-43
• 4．2．1 初始化模块介绍35
• 4．2．2 监控模块35-36
• 4．2．3 定时器模块36-39
• 4．2．4 键盘扫描模块39-40
• 4．2．5 数据处理模块40-41
• 4．2．6 显示模块41-42
• 4．2．7 看门狗模块42
• 4．2．8 串行EEPROM写入模块42-43
• 5 数据处理43-61
• 5．1 超声多普勒信号的特点43-45
• 5．1．1 时域表达式43
• 5．1．2 多普勒信号的频谱展宽43-44
• 5．1．3 功率谱密度与流速的关系44-45
• 5．2 数据处理方法的选择45-57
• 5．2．1 周期图法及其所涉列的问题46-54
• 5．2．2 多普勒频移的逼近54-56
• 5．2．3 随机误差的数字滤波方法56-57
• 5．3 实验数据的分析57-61
• 5．3．1 多普勒信号强和弱时的功率谱的比较57
• 5．3．2 直接寻找峰值与峰值逼近算法的比较57-59
• 5．3．3 滤波效果59-60
• 5．3．4 弱信号和无信号的判别60-61
• 6 新技术的展望61-64
• 6．1 与FFT相关的技术改进61-62
• 6．1．1 采用双窗法减小FFT谱分析估算误差61
• 6．1．2 频谱细化61-62
• 6．2 双频法测量62-63
• 6．3 多声道测量63-64
• 参考文献64-66
• 致谢66

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