基于FPGA的超聲流量測量系統(tǒng)研究.pdf

1、超聲波流量計(jì)作為無壓損、易于安裝維護(hù)的儀表在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。尤其在天然氣計(jì)量領(lǐng)域，雖然孔板流量計(jì)仍是最主要的手段，但超聲波流量計(jì)具有無可動(dòng)部件、無壓損、測量精確度高等優(yōu)點(diǎn)，它的潛力和后發(fā)優(yōu)勢是很明顯的。隨著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)用問題的探索，超聲波流量計(jì)一定會(huì)在這一領(lǐng)域廣泛推廣應(yīng)用。
　　 本文將互相關(guān)時(shí)差法與脈沖壓縮編碼信號(hào)應(yīng)用于超聲流量測量系統(tǒng)的信號(hào)處理中?；ハ嚓P(guān)時(shí)差法結(jié)合了傳統(tǒng)時(shí)差法和相關(guān)法，繼承了它們的優(yōu)點(diǎn)，又克服了

2、時(shí)差法觸發(fā)時(shí)刻不容易確定、時(shí)間差難以直接精確測量，相關(guān)法被測對(duì)象不確定性、易受駐波影響等缺點(diǎn)。為了提高系統(tǒng)高精度，課題將雷達(dá)系統(tǒng)中常用的脈沖壓縮信號(hào)應(yīng)用于氣體超聲流量測量系統(tǒng)中。由于脈沖壓縮信號(hào)具有足夠大的脈沖寬度和帶寬，因此信號(hào)能同時(shí)具有大的作用距離和高的距離分辨力，與原先使用的調(diào)幅信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)相比，脈沖壓縮編碼信號(hào)具有明顯的優(yōu)勢。課題選用二進(jìn)制移相鍵控編碼信號(hào)以及線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行氣體超聲流量測量系統(tǒng)的研究。
　　 硬件電路

3、主要基于FPGA完成。電路主要包括發(fā)射模塊、接收模塊、存儲(chǔ)模塊以及一些輔助模塊，可完成超聲波的發(fā)射、接收、采樣、存儲(chǔ)以及上傳等功能。其中發(fā)射模塊基于DDS(直接數(shù)字合成)原理，產(chǎn)生不同帶寬與時(shí)寬的脈沖壓縮信號(hào)。
　　 課題實(shí)現(xiàn)了氣體超聲流量測量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。數(shù)據(jù)采集使用NI6251數(shù)據(jù)采集卡，采集出的數(shù)據(jù)直接傳送至PC機(jī)。上位機(jī)方面，課題基于LabVIEW軟件完成上位機(jī)界面，上位機(jī)利用正交解調(diào)的計(jì)算方式實(shí)時(shí)在線處理數(shù)據(jù)，完成相關(guān)峰值