低功耗气超声流量计的换能器激发接收电路研究

发布时间：2017-07-01 07:28

  本文关键词：低功耗气超声流量计的换能器激发接收电路研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气体超声波流量计,具有测量精度高、量程比宽、无压损等优点,低功耗产品还可应用于供电不便的沙漠、野外等地区,随着在我国能源供给中天然气的比重越来越高,其具有广阔市场前景。然而,气体超声波流量计的市场长期被外国厂家垄断,对其自主研制具有重要意义。本课题研究的换能器激发接收电路是低功耗气体超声波流量计的重要组成部分,也是一个研究难点,其要实现对换能器的高压、高效激发及对换能器原始接收信号的处理并得到高精度的声波传播时间值,并且要解决现场应用存在的诸多问题。论文主要研究内容如下：针对超声波信号在气体中的衰减性强的问题,采用了高压激发的方式,设计了基于高频变压器的多声道换能器激发电路,并且进行了本安设计。通过模型分析及AP法实现了高频变压器的自主设计,获得较为理想的激发波形；通过匹配网络,增大了激发电路的效率,得到较为理想的原始接收信号。通过优化设计的放大滤波电路大大提升接收信号的幅值及信噪比,运用选波电路实现的自适应使能窗技术结合过零比较技术,很好的实现对停止计时信号的提取及对干扰信号的屏蔽。低功耗自动增益控制技术解决了管道压力适应性难题。多层板技术大大提高了电路板的抗干扰性能。通过选用超低功耗的器件及合理的低功耗测量时序,使电路工作寿命可达4年以上。最后,通过音速喷嘴标定实验、高压环道实验、EMC实验,对本课题进行验证,证明了本课题具有很高的测量精度、很好的管道压力适应性及抗干扰性能。
【关键词】：超声波流量计 低功耗 换能器激发 匹配网络 放大滤波 使能窗技术 自动增益控制 抗干扰 高压环道
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH814.92
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 气体超声波流量计概述11-16
• 1.1.1 气体超声波流量计的发展11-12
• 1.1.2 国内研究进展12-13
• 1.1.3 气体超声波流量计的组成13
• 1.1.4 时差法超声波流量计的测量原理13-16
• 1.2 课题研究的背景和意义16-18
• 1.3 论文主要研究内容及工作安排18-20
• 2 电路总体方案介绍20-32
• 2.1 低功耗电源系统20-23
• 2.3 低功耗控制模块23-25
• 2.4 高精度计时模块25-26
• 2.5 声波传播特性及换能器特性26-29
• 2.5.1 传播过程中的衰减27
• 2.5.2 超声波换能器27-29
• 2.6 激发接收电路设计要求29-31
• 2.7 本章小结31-32
• 3 换能器激发电路设计32-51
• 3.1 激发脉冲个数研究32-33
• 3.2 电压抬升方式研究33-34
• 3.3 高频变压器的模型简化及参数分析34-41
• 3.3.1 高频变压器的等效模型及简化35-37
• 3.3.2 高频变压器的参数分析37-41
• 3.4 高频变压器的设计41-44
• 3.5 基于高频变压器的激发电路设计44-47
• 3.5.1 变压器外围电路的本安设计44-46
• 3.5.2 多声道切换电路设计46-47
• 3.6 激发端的匹配网络47-50
• 3.7 本章小节50-51
• 4 换能器接收电路设计51-68
• 4.1 滤波放大电路51-59
• 4.1.1 放大电路设计52-53
• 4.1.2 滤波电路设计53-54
• 4.1.3 滤波参数的仿真及优化54-59
• 4.2 过零比较电路59-61
• 4.3 选波电路61-63
• 4.4 峰值采集电路63-66
• 4.5 停止计时信号准确度验证66-67
• 4.6 本章小节67-68
• 5 现场应用问题的解决方案68-77
• 5.1 低功耗自动增益控制技术68-73
• 5.1.1 可变电阻的自动增益控制方法69-70
• 5.1.2 可变电阻与定值电阻对比试验70-72
• 5.1.3 控制流程与验证72-73
• 5.2 多层板抗干扰技术73-74
• 5.3 低功耗测量时序74-76
• 5.4 本章小节76-77
• 6 实验与验证77-86
• 6.1 音速喷嘴标定实验77-79
• 6.2 高压环道实验79-81
• 6.3 EMC实验81-85
• 6.3.1 静电放电抗扰度实验81-82
• 6.3.2 工频磁场抗扰度实验82-83
• 6.3.3 射频电磁场抗扰度实验83-84
• 6.3.4 辐射发射实验84-85
• 6.4 本章小结85-86
• 7 总结与展望86-88
• 7.1 论文总结86
• 7.2 工作展望86-88
• 参考文献88-91

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