低功耗超聲波氣體流量計系統(tǒng)設計.pdf

1、超聲波流量計因其測量范圍寬、無壓力損失、不與被測介質(zhì)接觸和適應性強等優(yōu)點，在天然氣計量領域占有越來越大的份額。在國內(nèi)，天然氣貿(mào)易領域的計量基本上都是使用國外品牌。因此發(fā)展本土高精度、高穩(wěn)定度的氣體流量計品牌至關重要。本文基于時差法原理，對高精度、低功耗超聲波氣體流量計關鍵技術做了深入探討，主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，論文介紹了時差法超聲波流量計量原理；基于誤差傳播理論，對引起流量檢測誤差的因素做了詳細分析；給出了天然氣介質(zhì)中聲速

2、的求解方法及利用聲速對儀表進行自檢和校驗；最后對系統(tǒng)總體設計方案和工作流程進行了概述。
　　其次，本文著重分析了影響超聲波傳播時間差測量精度的因素。主要包括換能器引起的時間延遲、回波信號的接收、回波信號第一波的確定及時間測量的分辨率。為此本文提出基于回波相應的精確飛行時間測量方法，能夠有效消除換能器性能不對稱帶來的延遲；設計了一種基于AD8606的回波接收電路，能夠從微弱且摻雜各種干擾噪聲的原始信號中獲得超聲波回波信號；提出了一種

3、結(jié)合多閾值和自動增益的信號調(diào)節(jié)方法，有效的解決了回波信號在不同條件下幅值變化而導致的漏檢、錯檢問題；通過選用具有ps級測量精度的芯片提升時間測量的精度。
　　然后，論文對采集到的時間差數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性做了詳細的分析，分別采用了Savitzky-Golay濾波法，函數(shù)加權窗濾波法和卡爾曼濾波法對數(shù)據(jù)進行降噪處理。最后通過對比擇優(yōu)選擇了卡爾曼濾波法，并在誤差協(xié)方差加權卡爾曼濾波法基礎上通過應用切換函數(shù)來提高濾波實時性。同時在此基礎上提出