超聲波流量計的流速測量的研究

摘要】： 流量的測量是保證生產過程安全經濟運行、提高產品質量、降低物質消耗、提高經濟效益、實現科學管理的基礎。近年來新的電子技術和信號處理方法的引入，該領域的發展正呈現不斷加速的勢頭，技術不斷更新，應用范圍不斷地擴展。本文所選用的是超聲波流量計。超聲波流量計作為一種非接觸式儀表以其固有的優點在石油、醫藥、水資源管理等領域有著廣泛的應用，其關鍵的參數就是系統的測量精度。 文章首先在分析超聲波流量計的原理以及國內外產品差距的基礎上，給出了一種基于DSP的改進相位差法的超聲波流量計方案。相位差法是超聲波流量計的一種測量方法。此方法要求被測信號在過零點時刻的波形要準確，為了提高系統測量的精度，本文提出了用相關算法來計算相位差，并利用軟件插值來提高時間分辨率。介紹了插值原理，相關原理，及如何用插值算法和相關算法來提高時間分辨率。確定了超聲波頻率，A／D變換器的選擇，A／D變換器采樣的速度，具體計算出了采樣的點數和插值點數等方面的參數。主要研究工作有：首先從相關理論出發，用MATLAB編程驗證了其正確性；其次在此基礎上設計了整個系統的硬件電路。其中硬件系統以TI公司的DSP芯片TMS320VC5402為核心。DSP芯片的信號處理速度快，確保了本系統高的測量精度，硬件部分包括信號接收與放大，數據采集、存儲、顯示和DSP處理器系統。在CCS3.1環境下編寫了系統的軟件程序。 系統的硬件組成包括超聲波探頭，超聲波信號放大接收電路，數字信號處理電路以及后端服務電路。在DSP中實現各種算法。 軟件仿真的結果證實了該方案的可行性，實驗時對有一定相位差的兩組正弦波信號進行測量。運算結果有一定的誤差。zui后文章給出了本系統的改進意見。