基于EtherCAT總線的相干多普勒流速儀的設計與研究.pdf

1、多普勒流速測量為現(xiàn)今最常用的流速測量方法之一，其應用越來越廣泛。為了加快多普勒流速計算速度、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性以及確保數(shù)據(jù)的實時性，本文提出了基于EtherCAT通信技術和FPGA技術的多普勒測速系統(tǒng)的設計方法。為減少回波誤差、增加信號發(fā)射能量，有效降低水中超聲波的能量耗散對信號提取的影響，將二相調(diào)制信號作為發(fā)射信號，即利用M碼對數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生的正弦波進行二相調(diào)制。采用5級M序列對正弦波進行二相調(diào)制，發(fā)射信號的中心頻率為2MHz。

2、文中利用EtherCAT網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù)交換技術，保證了數(shù)據(jù)的實時高效率傳輸。同時以FPGA為控制芯片搭建硬件電路，利用控制芯片內(nèi)有豐富的IP核資源，最大化地精簡硬件電路，降低了設計難度。
　　本研究首先介紹并回顧了國內(nèi)外超聲波流速儀的發(fā)展概況，目前利用多普勒效應進行流速測量已經(jīng)成為現(xiàn)今測流方法的趨勢之一。概述中闡述了多普勒測流的基本原理，由于本文設計的流速儀主要應用于海岸和近海工程實驗室環(huán)境下，所以采用相干測流方法，并在此基礎上，

3、利用時域相位估計復自相關算法作為本文的回波處理算法，從而減少計算量、提高計算精度。選用XC5VLX85芯片作為控制芯片。在發(fā)射電路的設計上，利用 AD9708作為DAC電路的主控芯片，將數(shù)字信號轉換為模擬信號，再將模擬信號經(jīng)過兩級放大，使發(fā)射信號的峰峰值達到換能器工作的要求。詳細講述了一級放大和二級放大電路的設計。發(fā)射信號經(jīng)過換能器之后轉換為聲波發(fā)射出去，闡述了換能器的分類和設計。超聲波回波信號經(jīng)過多普勒效應并反射回收發(fā)一體的換能器，將

4、聲能轉化為電能。描述了低通、高通和帶通濾波器的應用范圍，介紹了帶通濾波器中寬帶帶通濾波器和窄帶帶通濾波器的設計方法，詳細闡述了窄帶帶通濾波器的電路設計?；夭ㄐ盘柾ㄟ^窄帶帶通濾波器，可以有效地去除雜波和白噪聲，從而有助于有效信號的提取。將回波信號交由FPGA進行處理分析之后，利用EtherCAT通信技術，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機網(wǎng)絡主站上。最后，通過測速實驗和仿真對所提方法和各個模塊進行驗證。實驗結果表明，所提方法和設計不僅具有較低的實驗誤差而