基于空气耦合超声传感器的气体流量计研究与设计
发布时间：2022-12-25 17:26
随着人类社会的发展,全球性能源和水资源缺乏的出现,人们对各领域的流量测量要求越来越高。相应地,流量测量装置发展也随之加快。随着超声波检测技术的迅猛发展,作为流量检测的重要仪表,超声波流量计成为近年来流量检测领域的一大亮点。从目前的应用情况来看,超声波流量计在计量精度、可靠性、压力损失、维护以及制造成本等方面相比其他计量设备都有自己独特的优势。超声波流量计主要有时差法超声波流量计和多普勒超声波流量计等。其中多普勒法只能检测带有微粒的不纯净流体,而时差法流量计没有这方面的限制,因此得到广泛应用。由于超声波在气体中传播时衰减较快,气体流量检测中的超声波流量计较少。本文采用新型的空气耦合超声传感器设计一个时差法气体流量计。具体工作包括以下内容:1.查阅国内外相关资料,了解超声波流量计设计原理。针对测量的对象为气体,选用了新型的空气耦合超声传感器,其中心频率为200KHz,在峰峰值为10V的信号激励下,10cm处能接收到35mV的信号,灵敏度远高于其他传感器。2.根据设计需求,采用ARM芯片STM32F407搭建了系统框架,完成了系统的硬件电路设计。应用STM32F407自带的模数转换器生成传感...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 超声波流量计
1.2.2 空气耦合超声传感器
1.3 论文的主要研究内容
第二章 超声波流量计原理
2.1 流量计分类及其原理
2.1.1 流量计分类
2.1.2 常用流量计简介
2.2 超声波流量计
2.2.1 超声波
2.2.2 超声波流量计原理
2.2.3 超声波流量计选型
2.3 本章小结
第三章 基于ARM的超声波流量计系统
3.1 超声波传感器模块
3.1.1 超声波传感器
3.1.2 传感器激励信号
3.2 超声信号调理模块
3.3 信号采集处理模块
3.3.1 ARM芯片
3.3.2 模数转换器（ADC）
3.3.3 显示模块
3.4 本章小结
第四章 超声波流量计硬件电路设计
4.1 激励信号放大电路
4.2 信号调理电路
4.2.1 传感器阻抗匹配
4.2.2 信号放大电路
4.2.3 滤波电路
4.2.4 偏置电路
4.3 信号采集处理电路
4.4 电源
4.4.1 ±20V电源
4.4.2 稳压电路
4.5 抗干扰设计
4.5.1 电源抗干扰设计
4.5.2“地”的抗干扰设计
4.5.3 去耦电容设计
4.6 本章小结
第五章 软件设计及实验数据处理
5.1 系统软件设计
5.1.1 DAC信号输出
5.1.2 ADC信号采集
5.1.3 OLED显示
5.1.4 FLASH读写
5.2 数据处理
5.2.1 FIR数字滤波器
5.2.2 流速修正系数
5.3 实验及结果分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内质量流量计未来发展方向[J]. 杨力. 仪器仪表用户. 2017(02)
[2]流量计量仪表的现状及趋势[J]. 裴新涌. 中国储运. 2016(10)
[3]超声波流量计工程应用概述[J]. 李定川. 智慧工厂. 2016 (06)
[4]超声波多普勒流量计的设计[J]. 涂晓立,杨道业,陈静. 仪表技术与传感器. 2016(03)
[5]超声波流量计的研究现状[J]. 王贤妮. 工业计量. 2015(06)
[6]数模混合电路的PCB抗干扰设计[J]. 郭锐. 机电信息. 2015(18)
[7]PCB布线中的抗干扰设计[J]. 任枫轩. 科技创新与应用. 2013(22)
[8]超声波流量计换能器参数的选择[J]. 江杰,罗长海. 自动化仪表. 2012(10)
[9]低噪声电容式超声传感器的结构与电路设计[J]. 彭本贤,俞挺,于峰崎. 集成技术. 2012(03)
[10]一种超声流量计的设计[J]. 乔静. 科技广场. 2012(07)
博士论文
[1]多声道超声波气体流量测量关键技术研究[D]. 李跃忠.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]高精度超声波流量计的研发[D]. 肖永良.电子科技大学 2016
[2]插入式差压流量计的研究[D]. 董卫超.哈尔滨工业大学 2016
[3]时差法超声波流量计的设计[D]. 姜文涛.大连理工大学 2014
[4]超声共振测厚激励技术的研究[D]. 倪文军.电子科技大学 2014
[5]基于DSP的时差法气体超声波流量计的设计[D]. 赵刚.河北工业大学 2014
[6]基于时差法超声波流量计的设计与研究[D]. 邓凯.华南理工大学 2013
[7]有源滤波器综合的研究[D]. 孟文晴.天津大学 2012
[8]基于TDC-GP21型超声波流量计的开发与研究[D]. 梅海舟.华南理工大学 2012
[9]时差法低功耗超声波流量计的设计与实现[D]. 梁德福.华东理工大学 2012
[10]超声多普勒流量计信号处理模块设计[D]. 高庆.电子科技大学 2012
本文编号：3727043
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 超声波流量计
1.2.2 空气耦合超声传感器
1.3 论文的主要研究内容
第二章 超声波流量计原理
2.1 流量计分类及其原理
2.1.1 流量计分类
2.1.2 常用流量计简介
2.2 超声波流量计
2.2.1 超声波
2.2.2 超声波流量计原理
2.2.3 超声波流量计选型
2.3 本章小结
第三章 基于ARM的超声波流量计系统
3.1 超声波传感器模块
3.1.1 超声波传感器
3.1.2 传感器激励信号
3.2 超声信号调理模块
3.3 信号采集处理模块
3.3.1 ARM芯片
3.3.2 模数转换器（ADC）
3.3.3 显示模块
3.4 本章小结
第四章 超声波流量计硬件电路设计
4.1 激励信号放大电路
4.2 信号调理电路
4.2.1 传感器阻抗匹配
4.2.2 信号放大电路
4.2.3 滤波电路
4.2.4 偏置电路
4.3 信号采集处理电路
4.4 电源
4.4.1 ±20V电源
4.4.2 稳压电路
4.5 抗干扰设计
4.5.1 电源抗干扰设计
4.5.2“地”的抗干扰设计
4.5.3 去耦电容设计
4.6 本章小结
第五章 软件设计及实验数据处理
5.1 系统软件设计
5.1.1 DAC信号输出
5.1.2 ADC信号采集
5.1.3 OLED显示
5.1.4 FLASH读写
5.2 数据处理
5.2.1 FIR数字滤波器
5.2.2 流速修正系数
5.3 实验及结果分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内质量流量计未来发展方向[J]. 杨力. 仪器仪表用户. 2017(02)
[2]流量计量仪表的现状及趋势[J]. 裴新涌. 中国储运. 2016(10)
[3]超声波流量计工程应用概述[J]. 李定川. 智慧工厂. 2016 (06)
[4]超声波多普勒流量计的设计[J]. 涂晓立,杨道业,陈静. 仪表技术与传感器. 2016(03)
[5]超声波流量计的研究现状[J]. 王贤妮. 工业计量. 2015(06)
[6]数模混合电路的PCB抗干扰设计[J]. 郭锐. 机电信息. 2015(18)
[7]PCB布线中的抗干扰设计[J]. 任枫轩. 科技创新与应用. 2013(22)
[8]超声波流量计换能器参数的选择[J]. 江杰,罗长海. 自动化仪表. 2012(10)
[9]低噪声电容式超声传感器的结构与电路设计[J]. 彭本贤,俞挺,于峰崎. 集成技术. 2012(03)
[10]一种超声流量计的设计[J]. 乔静. 科技广场. 2012(07)
博士论文
[1]多声道超声波气体流量测量关键技术研究[D]. 李跃忠.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]高精度超声波流量计的研发[D]. 肖永良.电子科技大学 2016
[2]插入式差压流量计的研究[D]. 董卫超.哈尔滨工业大学 2016
[3]时差法超声波流量计的设计[D]. 姜文涛.大连理工大学 2014
[4]超声共振测厚激励技术的研究[D]. 倪文军.电子科技大学 2014
[5]基于DSP的时差法气体超声波流量计的设计[D]. 赵刚.河北工业大学 2014
[6]基于时差法超声波流量计的设计与研究[D]. 邓凯.华南理工大学 2013
[7]有源滤波器综合的研究[D]. 孟文晴.天津大学 2012
[8]基于TDC-GP21型超声波流量计的开发与研究[D]. 梅海舟.华南理工大学 2012
[9]时差法低功耗超声波流量计的设计与实现[D]. 梁德福.华东理工大学 2012
[10]超声多普勒流量计信号处理模块设计[D]. 高庆.电子科技大学 2012
本文编号：3727043
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