基于空氣耦合超聲傳感器的氣體流量計研究與設(shè)計.pdf

1、隨著人類社會的發(fā)展，全球性能源和水資源缺乏的出現(xiàn)，人們對各領(lǐng)域的流量測量要求越來越高。相應(yīng)地，流量測量裝置發(fā)展也隨之加快。隨著超聲波檢測技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為流量檢測的重要儀表，超聲波流量計成為近年來流量檢測領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)。從目前的應(yīng)用情況來看，超聲波流量計在計量精度、可靠性、壓力損失、維護(hù)以及制造成本等方面相比其他計量設(shè)備都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢。
　　超聲波流量計主要有時差法超聲波流量計和多普勒超聲波流量計等。其中多普勒法只能檢測帶有

2、微粒的不純凈流體，而時差法流量計沒有這方面的限制，因此得到廣泛應(yīng)用。由于超聲波在氣體中傳播時衰減較快，氣體流量檢測中的超聲波流量計較少。本文采用新型的空氣耦合超聲傳感器設(shè)計一個時差法氣體流量計。具體工作包括以下內(nèi)容：
　　1．查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，了解超聲波流量計設(shè)計原理。針對測量的對象為氣體，選用了新型的空氣耦合超聲傳感器，其中心頻率為200KHz，在峰峰值為10V的信號激勵下，10cm處能接收到35mV的信號，靈敏度遠(yuǎn)高于其他傳

3、感器。
　　2．根據(jù)設(shè)計需求，采用ARM芯片STM32F407搭建了系統(tǒng)框架，完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。
　　應(yīng)用STM32F407自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成傳感器激勵信號。由于DAC生成的信號幅度為0-3.3V，無法直接激勵傳感器使其正常工作，本文用ADA4700-1設(shè)計了放大電路對激勵信號進(jìn)行放大。針對超聲波在空氣中傳播損耗較大，傳感器接收到的信號很弱，本文用 AD8421設(shè)計了放大倍數(shù)可調(diào)的放大電路對信號進(jìn)行放大。本文還用

4、AD8066設(shè)計了一個帶通濾波器，用于削弱電路中的噪聲信號，提高信噪比。采用芯片自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集信號，由于其采集范圍為0-3.3V，本文用AD8066設(shè)計了相應(yīng)的偏置電路來調(diào)節(jié)信號幅度。
　　3．以 STM32F407為控制芯片，完成了系統(tǒng)軟件設(shè)計。主要包括激勵信號的生成，接收信號的采集，OLED的流量顯示和數(shù)據(jù)存儲等。同時，利用芯片的數(shù)字信號處理庫函數(shù)對信號進(jìn)行了進(jìn)一步處理和計算，完成了流量測量。
　　4．利用設(shè)計的系