时差式超声流量计的研究与硬件电路实现

发布时间：2017-04-14 03:16

  本文关键词：时差式超声流量计的研究与硬件电路实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 当今在许多工业生产和科研活动中,流量测量是必不可少的。而超声波流量计以其非接触、易于安装维护的优点得到了广泛的应用,但是其仍有许多不足之处,因此有必要对其加以改进和提高。 本文研究的是应用最广的时差式超声流量计。在充分查阅国内外大量资料,对能提高整个系统性能的几项关键技术进行了深入的研究,并完成了硬件电路和逻辑控制的设计。主要内容如下: 1.研究了宽波束时差式超声波流量计的测量原理,并对宽波束流量计的计算公式进行了推导。研究了“环鸣法”测量小管径流量的方法,以及提出了提高精度的方法:精确获得测量时间、信号门、“环鸣”时间修正等方法,然后根据流体力学和物理学的知识,对超声流量计的进行了修正,给出了不同情况下的流量修正系数的计算公式。 2.根据设计的具体情况,对时差式超声流量计的硬件电路进行了详细的分析,讨论了器件的选择和参数设计的问题,设计出单片机外围设计电路和FPGA(Field Programmable Gate Array)的控制电路部分,以及性能良好的接收发射电路,并对换能器的原理、性能指标进行了讨论。 3.根掘设计的要求,通过FPGA进行了逻辑控制的设计,实现了发射电路的驱动脉冲,计时和计次电路,漏收计时和漏收计次电路,接收信号的处理,收发切换以及与单片机的读写通讯,“环鸣”时间修正逻辑,最后完成完整的“环鸣”控制逻辑的实现。 4.对影响流体流量测量的各种误差来源进行了仔细的分析、研究。并对硬件电路和软件进行实验性验证,最终给出了实验结果,并给出进一步的改进措施。
【关键词】：超声流量计 时差法 环鸣法 发射和接收电路 FPGA
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 引言11
• 1.2 流量计的发展历史和现状11-12
• 1.3 流量计的分类及特点12-13
• 1.4 超声流量计的概述13-16
• 1.4.1 超声流量计的发展与现状13-14
• 1.4.2 超声流量计的特点14-15
• 1.4.3 超声流量计的分类15-16
• 1.5 论文的主要研究内容16-17
• 第2章 时差式超声流量计的理论研究17-32
• 2.1 流量测量的基础17-20
• 2.1.1 流量的基本概念17-18
• 2.1.2 管内流动的基本知识18-20
• 2.2 传统时差式超声流量计的原理20-21
• 2.3 宽波束在时差式超声流量计的应用21-22
• 2.3.1 宽波束流量测量原理21-22
• 2.3.2 宽波束超声流量计的优点22
• 2.4 宽波束时差式超声流量计的原理22-25
• 2.5 利用“环鸣法”测流量25-28
• 2.5.1 环鸣法25-26
• 2.5.2 提高测量精度的方法26-27
• 2.5.3 “环鸣法”的测量系统27-28
• 2.6 超声流量计的流速的修正28-30
• 2.7 本章小结30-32
• 第3章 时差式超声流量计的硬件设计32-53
• 3.1 控制电路部分设计33-41
• 3.1.1 FPGA计数控制电路33-37
• 3.1.2 单片机控制电路37-41
• 3.2 键盘电路设计41-42
• 3.3 接收发射电路设计42-50
• 3.3.1 发射电路设计43-45
• 3.3.2 接收电路的设计45-50
• 3.4 电源电路设计50
• 3.5 超声波换能器50-52
• 3.5.1 换能器的原理及结构51
• 3.5.2 换能器的主要性能指标51-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第4章 时差式超声流量计的逻辑设计53-66
• 4.1 硬件描述语言VHDL及 QUARTUS II简介54
• 4.2 FPGA设计方法54-57
• 4.2.1 系统设计55-56
• 4.2.2 系统综合优化56-57
• 4.2.3 系统实现57
• 4.3 FPGA的逻辑设计57-65
• 4.3.1 发射信号的设计58-59
• 4.3.2 时间计数器和测次计数器59-60
• 4.3.3 漏收计时器和漏收计次器60
• 4.3.4 信号门和接收信号的处理60-62
• 4.3.5 “环鸣”时间修正逻辑62-64
• 4.3.6 与单片机的数据通讯64
• 4.3.7 收发切换控制逻辑64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 误差分析和实验结果66-73
• 5.1 误差的研究66-68
• 5.1.1 误差的基本理论66-67
• 5.1.2 测量误差的来源67-68
• 5.1.3 误差分析68
• 5.2 流量的试验系统68-69
• 5.3 试验结果69-71
• 5.4 改进措施71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果77-78
• 致谢78-79
• 附录79-81

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张兴红;张慧;王先全;冯济琴;王生宝;;基于ARM的超声波流量计A/D转换电路设计[J];自动化与仪表;2010年11期

2 胡晓泊;瞿浩;安稷;;基于霍尔效应的低成本简易流量计[J];科技创新导报;2012年04期

3 刘丹;廖斌;;超声流量计中基于MCP42100的程控增益系统[J];自动化技术与应用;2012年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 张慧;基于FPGA的高精度超声波液体流量计研究[D];重庆理工大学;2010年

2 刘宇;矿用明渠超声波流量传感器的设计与实现[D];西安科技大学;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 胡红亮;超声传感精密测量方法及应用研究[D];浙江大学;2013年

5 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

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本文编号：305093