相关超声波流量计中相关器的硬件实现

发布时间：2017-04-07 15:21

  本文关键词：相关超声波流量计中相关器的硬件实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 超声波流量计通过超声波在流动的流体中传播载上流体流速信息,再通过简便、可靠的信号处理方法,就把这个流速信息转换成流量信息。超声波流量计与以往传统的流量计相比,具有所要求的费用低,安装简便,不会改变流体的流动状态,不产生附加阻力的测量等优点,是一种非常理想的节能型流量计。精度高测量范围大的相关超声波流量计是目前研究的热点。相关超声波流量计通过检测两路(或多路)从管道接收到的超声波信号的相关性得到流体的流速。实现相关的数学算法非常多,本文采用了FFT(快速傅里叶变化)+IFFT的方式实现相关。而FPGA(现场可编程阵列)近年来迅速发展,在处理实时高速处理调度相对简单的信号处理中其性能已超过DSP,因此本课题采用FPGA实现FFT。 本文从超声波流量计的发展现状的开始介绍相关超声波流量计的原理,说明了FFT实现对本课题的意义。 本文主要研究如何利用FPGA实现FFT处理器,包括算法选取、系统结构设计、各个模块设计、FPGA实现和测试。设计采用基-2 DIT(按时间抽取)算法,以QUARTUS6.0为软件平台,利用VHDL语言描叙的方式实现了512点16bits复数块浮点数结构的FFT系统,在FFT处理器的基础上实现了相关器。最后在ALTERA开发板上进行了验证工作。
【关键词】：相关超声波流量计 现场可编程阵列 快速傅里叶变换 相关器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TB559;TH814
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 测量的意义8
• 1.2 流量测量方法8-12
• 1.2.1 接触式——传统的流量测量方法9
• 1.2.2 非接触式—先进的流量测量方法9
• 1.2.3 超声流量计的诞生9-10
• 1.2.4 几种超声流量测量方法的比较10
• 1.2.5 传播速度差法10
• 1.2.6 多普勒效应法10-11
• 1.2.7 波束偏移法11-12
• 1.2.8 噪声法12
• 1.2.9 相关法12
• 1.3 超声波相关流量测量技术国内外的现状与发展12-13
• 1.4 系统技术指标13
• 1.5 本课题的背景及意义13-15
• 第二章 超声波相关流量测量系统的测量原理15-19
• 2.1 超声波相关流量测量的基本原理15-17
• 2.1.1 超声波流量测量的基本方法15-16
• 2.1.2 互相关检测原理16-17
• 2.2 互相关检测的理论依据17-18
• 2.2.1 互相关函数17
• 2.2.2 时域相关定理17-18
• 2.3 互相关运算的器件─相关器18
• 2.4 本章 小结18-19
• 第三章 FFT 算法原理和硬件结构19-30
• 3.1 FFT 算法19-20
• 3.2 基-2 按时域抽取(DIT)的FFT20-24
• 3.3 FFT 实际使用中的一些问题24-25
• 3.4 FFT 的硬件实现结构25-27
• 3.5 FFT 硬件处理系统的优化27-29
• 3.5.1 提高FFT 处理速度的措施27-28
• 3.5.2 提高FFT 运算精度的方案28-29
• 3.6 本章 小结29-30
• 第四章 FFT 和相关器的实现30-52
• 4.1 FFT 处理器总体设计30-31
• 4.2 FFT 处理器工作过程31-32
• 4.3 蝶形运算单元设计32-34
• 4.3.1 乘加器设计33
• 4.3.2 蝶形运算单元实现33-34
• 4.4 块浮点单元设计34-40
• 4.4.1 块浮点结构原理35
• 4.4.2 块浮点结构实现35-38
• 4.4.3 误差分析38-40
• 4.5 地址产生单元设计40-43
• 4.6 双口RAM 的乒乓结构43
• 4.7 数据切换模块43-45
• 4.8 ROM 模块设计45-46
• 4.8.1 旋转因子的计算45-46
• 4.8.2 ROM 设计46
• 4.9 时序控制单元设计46-47
• 4.10 512 点FFT 系统实现47-48
• 4.11 IFFT 和实序列FFT 的实现48-50
• 4.12 相关器的实现50-51
• 4.13 本章 小结51-52
• 第五章 实验结果及分析52-61
• 5.1 实验平台52-53
• 5.2 信号源53-56
• 5.2.1 DDS 的原理53-55
• 5.2.2 信号源的实现55-56
• 5.3 FFT 处理器性能分析56-57
• 5.3.1 资源利用情况56-57
• 5.3.2 速度运行情况57
• 5.4 FFT 处理器的实验结果和分析57-59
• 5.5 相关器的测试59-60
• 5.6 实验结论60-61
• 第六章 结论及课题展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-65
• 研究生期间参加工作与发表论文情况65-66

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 许会;汪洋;高松巍;;基于相关法的超声波流量测量的发射设计[J];现代电子技术;2013年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 姚兴波;FFT算法在OFDM中的应用研究与设计[D];西安工业大学;2011年

2 杨剑;基于FPGA超声波流量计的设计[D];武汉理工大学;2012年

3 汪洋;相关法超声流量计设计及实验测试研究[D];沈阳工业大学;2013年

4 金松日;一种小管径超声波流量计的设计[D];大连理工大学;2013年

  本文关键词：相关超声波流量计中相关器的硬件实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：290751