脉冲输出型数字涡街流量计的研究

发布时间：2017-04-21 11:10

  本文关键词：脉冲输出型数字涡街流量计的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 涡街流量计因其介质适应性强,无可动部件,结构简单、使用寿命长等诸多优点,在许多行业得到了广泛的应用。而在低流速下,涡街测量就凸显出了它的不足,涡街信号的信噪比很低,有用信号几乎被噪声淹没。普通的涡街流量计采用模拟信号处理方法,在正常流量范围内,涡街流量信号稳定、测量准确、实时性好;而在小流量下,涡街有用信号微弱、提取困难,导致实际测量下限比较高,量程比小,一般为10:1。 鉴于上述模拟涡街流量计具有的优势以及存在的不足,课题在前人研究成果的基础上,研究并成功地实现了一台实用的脉冲输出型数字涡街流量计。该数字涡街流量计采用了基于DSP和MSP430单片机双CPU的硬件结构,在低流速小流量的情况下,由DSP实现频谱分析算法来计算涡街信号频率,有效地克服了模拟涡街在小流量下测量精度不高甚至不能测量的问题;在正常流量范围内,由单片机对涡街信号前置放大电路输出的方波进行计频,具有常规模拟涡街在高信噪比的情况下测量准确、实时性好的优点。 本文从原理分析、硬件软件设计和实验研究三方面来研究,主要内容包括: 1.设计了脉冲输出型数字涡街流量计的总体方案,尤其是采用了双通道处理的方式,将低流量下数字信号处理的频谱分析功能和正常流量范围内智能涡街的计频功能有机地结合起来,并引入了频率不确定度的概念作为判断涡街有用信号双通道处理方法的依据。 2.成功实现了一台脉冲输出型数字涡街流量计。通过在天津大学过程检测和控制实验室的水流量实验装置上进行的25mm口径和50mm口径实验研究,以及在气体实验装置上进行的100mm和50mm口径实验研究的结果表明,本脉冲输出型数字涡街流量计有效地降低了涡街的流量下限,使量程比显著扩大,量程比达到1:28.5～41.3。 将此数字涡街分别在天津大学水流量实验装置和气体流量实验装置上做了大量的实验,结果表明本脉冲输出型数字涡街流量计具有很低的测量下限,有效地扩大了涡街的量程比,抗干扰能力强,实时性好,具有很高的实用价值。
【关键词】：涡街流量计 脉冲输出 DSP MSP430 测量下限
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 涡街流量计概述9-11
• 1.2 涡街流量计的关键性问题和国内外研究现状11-13
• 1.3 脉冲输出型数字涡街流量计研究课题提出的背景和意义13-14
• 1.4 课题研究内容和创新点14-16
• 第二章 脉冲输出型数字涡街流量计的总体方案设计16-28
• 2.1 涡街流量计的工作原理16-20
• 2.1.1 涡街的产生与涡街现象16-17
• 2.1.2 涡街的测量17-18
• 2.1.3 涡街流量信号的组成18-20
• 2.2 脉冲输出型数字涡街流量计的方案设计20-22
• 2.3 脉冲输出型数字涡街流量计算法分析及其DSP实现22-28
• 2.3.1 功率谱估计概念22-23
• 2.3.2 FFT算法简介23-24
• 2.3.3 FFT算法的DSP实现24-25
• 2.3.4 单频实正弦信号的快速插值频率估计法简介25-28
• 第三章 脉冲输出型数字涡街流量计的硬件设计28-47
• 3.1 硬件电路的整体结构设计28-29
• 3.2 涡街信号的前置放大电路设计29-34
• 3.2.1 电荷放大器的设计31-32
• 3.2.2 电压参考电路的设计32
• 3.2.3 低通滤波器的设计32-33
• 3.2.4 限幅器的设计33
• 3.2.5 施密特触发器的设计33-34
• 3.3 单片机采集、控制与脉冲输出电路设计34-39
• 3.3.1 单片机及其外围电路的总体设计34-35
• 3.3.2 涡街信号采集电路的设计35
• 3.3.3 与DSP的HPI接口电路的设计35
• 3.3.4 DSP复位控制电路的设计35-36
• 3.3.5 液晶显示电路的设计36-37
• 3.3.6 按键电路的设计37
• 3.3.7 脉冲输出电路的设计37-38
• 3.3.8 单片机的JTAG接口电路的设计38-39
• 3.4 数字信号处理电路设计39-43
• 3.4.1 DSP及其外围电路的总体设计39-40
• 3.4.2 HPI接口电路的设计40-41
• 3.4.3 时钟模式设定电路的设计41-42
• 3.4.4 工作模式设定电路的设计42
• 3.4.5 DSP的JTAG接口电路的设计42-43
• 3.5 电源电压转换电路设计43-44
• 3.6 脉冲输出型数字涡街流量计的低功耗技术研究44-46
• 3.6.1 低功耗设计的意义及主要手段44
• 3.6.2 数字涡街流量计硬件的低功耗设计44-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第四章 脉冲输出型数字涡街流量计的软件设计47-58
• 4.1 软件总体设计47-48
• 4.2 单片机的控制程序设计48-52
• 4.2.1 单片机主程序设计概述48-49
• 4.2.2 涡街流量计算模块的程序设计思想49-50
• 4.2.3 涡街流量计算模块的具体软件实现50-52
• 4.3 数字信号处理程序设计52-54
• 4.4 单片机与DSP的HPI通信程序设计54-56
• 4.5 数字涡街流量计软件的低功耗设计56-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 脉冲输出型数字涡街流量计水流量实验及结果分析58-72
• 5.1 实验装置及涡街信号采集系统的简介58-61
• 5.1.1 实验装置简介58-60
• 5.1.2 涡街信号采集系统简介60-61
• 5.2 实验内容与实验数据处理61-69
• 5.2.1 DN25 脉冲输出型数字涡街流量计水流量实验及结果分析62-66
• 5.2.2 DN50 脉冲输出型数字涡街流量计水流量实验及结果分析66-69
• 5.3 本章实验总结69-72
• 第六章 脉冲输出型数字涡街流量计气体流量实验及结果分析72-85
• 6.1 实验装置简介72-74
• 6.2 实验内容与实验数据处理74-83
• 6.2.1 DN100 脉冲输出型数字涡街流量计气体流量实验及结果分析74-78
• 6.2.2 DN50 脉冲输出型数字涡街流量计气体流量实验及结果分析78-83
• 6.3 本章实验总结83-85
• 第七章 总结与展望85-87
• 参考文献87-91
• 发表论文和参加科研情况91-92
• 致谢92

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本文编号：320204