基于FPGA時(shí)差法氣體超聲波流量計(jì)的研究.pdf

1、超聲波流量計(jì)是一種測量不同介質(zhì)流量的儀器，它根據(jù)超聲波在流體介質(zhì)中傳播時(shí)，流體介質(zhì)的流速信息會包含在超聲波信號中的原理，通過分析超聲波信號來獲取流體介質(zhì)的流速信息。由于超聲波流量計(jì)具有非接觸式測量、精度高、維護(hù)簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)測量方面有著廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)外超聲波流量計(jì)的研究得到飛速發(fā)展，但是由于氣體在管道內(nèi)的流速分布非常復(fù)雜，在研制氣體超聲波流量計(jì)的過程中存在著許多難點(diǎn)，尤其在小流量情況下流量計(jì)的精確度和穩(wěn)定性方面還沒有得

2、到很好解決，需要進(jìn)一步的提高。
　　通過參考大量文獻(xiàn)可知，氣體超聲波流量計(jì)的精度不高，一方面是由于在區(qū)分超聲波信號與雜波信號時(shí)出現(xiàn)誤判的幾率相對較高，另一方面在測量超聲波傳播時(shí)間時(shí)測時(shí)系統(tǒng)的精度不高，導(dǎo)致測量時(shí)間的誤差較大。
　　本文設(shè)計(jì)的氣體超聲波流量計(jì)系統(tǒng)主要采用以下幾個(gè)改進(jìn)措施來達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，首先在硬件架構(gòu)方面采用集成度較高的FPGA芯片代替了傳統(tǒng)的單片機(jī)加CPLD的架構(gòu)模式，簡化了設(shè)計(jì)電路，提高系統(tǒng)的快速性。其次采

3、用改進(jìn)的時(shí)差法的算法消除了溫度對流量計(jì)精度的影響，然后通過對信號的波幅和周期兩個(gè)捕獲條件準(zhǔn)確的識別超聲波信號和雜波干擾信號，同時(shí)運(yùn)用脈沖計(jì)數(shù)法和邊沿檢測技術(shù)相結(jié)合的測時(shí)方法提高了流量計(jì)的精度。最后采用小波閾值降噪處理，通過降噪重構(gòu)信號還原了真實(shí)值，進(jìn)一步提高了流量計(jì)測量精度和穩(wěn)定性。
　　本文以上述幾個(gè)方面的改進(jìn)措施和創(chuàng)新點(diǎn)為核心，試制了氣體超聲波流量計(jì)的樣機(jī)，以空氣為介質(zhì)完成了管道氣體流速流量的測量，最后通過氣體超聲波流量計(jì)的對