四声道气体超声波流量计硬件系统研制
发布时间：2021-05-21 22:54
气体超声波流量计具有测量精度高、无压损、量程比大、适用于大口径等优点。但是,超声波换能器的声阻抗与气体的声阻抗差异较大,导致超声波透射率较低,换能器接收到的超声波信号非常微弱,有时甚至淹没在噪声中,严重影响仪表的测量精度和量程比。我们课题组在2011年到2014年研制了双声道气体超声波流量计,取得较好的实验结果,达到1级测量精度要求。为了提高气体超声波流量计的测量精度,本文研制基于FPGA和DSP双核心的四声道气体超声波流量计硬件系统,并对硬件系统中选通方式、收发方式、供电电源、FPGA工作模式进行深入研究。硬件系统由发射/接收信号通道切换电路、驱动信号生成与放大电路、回波信号调理与采集电路、时序控制与信号处理电路、人机接口、串口通讯和电源电路组成。在驱动信号选通方式方面,采用固态继电器取代原有的场效应管对驱动信号进行选通,完成了低压侧选通到高压侧选通的转变,提高了器件的利用率,并减小了通道间的串扰。在收发方式方面,通过同时选通两路驱动信号和接收两路回波信号,并改进高速DAC和高速ADC工作模式,从而提高系统的实时性和仪表的测量精度。改进了FPGA工作模式,采用Altera公司cycl...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 气体超声波流量计的特点
1.2 气体超声波流量计测量原理
1.3 气体超声波流量计组成
1.3.1 一次仪表
1.3.2 二次仪表
1.4 气体超声波流量计国内外研究现状
1.4.1 气体超声波流量国内外产品开发及性能指标
1.4.2 国内外气体超声波流量计硬件系统研制现状
1.5 课题来源及本文主要研究内容
第二章 四声道气体超声波流量计方案设计
2.1 系统组成
2.2 工作流程
2.3 设计要点
2.3.1 选通方式
2.3.2 收发方式
2.3.3 FPGA工作模式
2.3.4 供电电源
2.4 小结
第三章 四声道气体超声波流量计硬件研制
3.1 驱动信号放大电路
3.1.1 电压放大电路
3.1.2 功率放大电路
3.1.3 变压器放大电路
3.2 回波信号调理与放大电路
3.2.1 电压放大电路
3.2.2 带通滤波电路
3.2.3 自增益放大电路
3.2.4 单端转差分电路
3.3 发射/接收通道切换电路
3.3.1 激励信号通道切换电路
3.3.2 回波信号通道切换电路
3.4 高速DAC与高速ADC
3.4.1 高速DAC电路
3.4.2 高速ADC电路
3.5 DSP最小系统
3.5.1 DSP芯片
3.5.2 时钟
3.5.3 外部看门狗电路
3.5.4 铁电存储器
3.6 FPGA最小系统
3.6.1 FPGA芯片
3.6.2 时钟
3.6.3 复位电路
3.7 电源管理模块
3.7.1 EMI滤波电路
3.7.2 电压转换电路
3.8 串行通信和人机接口
3.9 系统防干扰设计
3.10 本章小结
第四章 四声道气体超声波流量计软件设计
4.1 软件组成和工作流程
4.1.1 软件组成
4.1.2 工作流程
4.2 FPGA软件
4.2.1 FPGA软件组成
4.2.2 各模块功能
4.3 DSP软件
4.3.1 DSP软件组成
4.3.2 各模块功能
4.4.小结
第五章 四声道气体超声波流量计调试与实验
5.1 硬件焊接和调试
5.1.1 硬件焊接
5.1.2 模拟板调试
5.1.3 数字板调试
5.2 实验标定
5.2.1 实验室实验
5.2.2 重庆市计量质量检测研究院标定
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文工作总结
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：3200519
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 气体超声波流量计的特点
1.2 气体超声波流量计测量原理
1.3 气体超声波流量计组成
1.3.1 一次仪表
1.3.2 二次仪表
1.4 气体超声波流量计国内外研究现状
1.4.1 气体超声波流量国内外产品开发及性能指标
1.4.2 国内外气体超声波流量计硬件系统研制现状
1.5 课题来源及本文主要研究内容
第二章 四声道气体超声波流量计方案设计
2.1 系统组成
2.2 工作流程
2.3 设计要点
2.3.1 选通方式
2.3.2 收发方式
2.3.3 FPGA工作模式
2.3.4 供电电源
2.4 小结
第三章 四声道气体超声波流量计硬件研制
3.1 驱动信号放大电路
3.1.1 电压放大电路
3.1.2 功率放大电路
3.1.3 变压器放大电路
3.2 回波信号调理与放大电路
3.2.1 电压放大电路
3.2.2 带通滤波电路
3.2.3 自增益放大电路
3.2.4 单端转差分电路
3.3 发射/接收通道切换电路
3.3.1 激励信号通道切换电路
3.3.2 回波信号通道切换电路
3.4 高速DAC与高速ADC
3.4.1 高速DAC电路
3.4.2 高速ADC电路
3.5 DSP最小系统
3.5.1 DSP芯片
3.5.2 时钟
3.5.3 外部看门狗电路
3.5.4 铁电存储器
3.6 FPGA最小系统
3.6.1 FPGA芯片
3.6.2 时钟
3.6.3 复位电路
3.7 电源管理模块
3.7.1 EMI滤波电路
3.7.2 电压转换电路
3.8 串行通信和人机接口
3.9 系统防干扰设计
3.10 本章小结
第四章 四声道气体超声波流量计软件设计
4.1 软件组成和工作流程
4.1.1 软件组成
4.1.2 工作流程
4.2 FPGA软件
4.2.1 FPGA软件组成
4.2.2 各模块功能
4.3 DSP软件
4.3.1 DSP软件组成
4.3.2 各模块功能
4.4.小结
第五章 四声道气体超声波流量计调试与实验
5.1 硬件焊接和调试
5.1.1 硬件焊接
5.1.2 模拟板调试
5.1.3 数字板调试
5.2 实验标定
5.2.1 实验室实验
5.2.2 重庆市计量质量检测研究院标定
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文工作总结
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：3200519
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3200519.html
