低流速超声波多普勒流量计的设计.pdf

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.75M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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低流速超声波多普勒流量计的设计(第1部分)

低流速超声波多普勒流量计的设计(第2部分)

低流速超声波多普勒流量计的设计(第3部分)

低流速超声波多普勒流量计的设计(第4部分)

低流速超声波多普勒流量计的设计(第5部分)

低流速超声波多普勒流量计的设计(第6部分)

低流速超声波多普勒流量计的设计(第7部分)

低流速超声波多普勒流量计的设计(第8部分)

低流速超声波多普勒流量计的设计(第9部分)

独创性声明．I79039<本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：王矛釜毳签字日期：为l拜；月3日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权丞洼三些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向幽家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：刷帷轹分、孑寸，签字日!{}j：≯J口年≥月；日签字H期：砷，p年弓月≥

学位论文的主要创新点一．本文针对国内现有的超声波多普勒流量计处理速度慢、测量下限高，而国外的产品尽管测量精度高但价格也太高的缺点，将数字信号处理技术(自相关和FFT)引入多普勒流量计的设计中，从而使其测量下限低于0．1m／s。二．由于FFT和白相关所需处理的数据十分庞大，因此本文用FPGA来完成多普勒频移信号的数字处理。这样，大幅度提高了多普勒频移信号的处理速度(时间在lms以内)，从而使超声波多普勒流量计的实时性有了很大的改善。

摘要超声波多普勒流量计主要用于污水类非纯净液体和混有固体颗粒的两相流的流量测量，其优点是：分辨率高，对流速变化响应快；对流体的压力、粘度和温度等因素不敏感。因此，超声波多普勒流量计的研究无论是对于自动化测量技术的提高还是对于环保事业来说，都将是一项极有意义的研究课题。本课题设计的超声波多普勒流量计引入先进的数字信号处理技术，用自相关和FFT这两种复合的数字信号处理技术米提高多普勒信号的处理效果，从而降低了超声波多普勒流量计的测量下限。具体方法是：首先对多普勒频移信号进行采样，然后用白相关法进行滤波，再进行FFT变换，得到信号的频谱，在频谱上得到多普勒频移信号所对应的频率值。自相关的实现方法则采用的是FFT估计法，即根据FFT与自相关之间的数学关系，利用FFT来计算自相关，并且用MATLAB对FFT和自相关进行了仿真。在本设计中我们采用Xilinx公司的XC3S250EFPGA来实现FFT和自相关，从而提高了计算速度，满足系统实时性的要求。然而FPGA的优势在于进行大量的数据处理而不是进行控制，并且现在的仪表都在向着双核方向发展，因此在本设计中采用C8051F120单片机来实现系统的控制。利用C8051F120单片机还实现了人机交互、信息传递和A／D转换等。硬件电路除了上述的核心器件之外，还辅以其他滤波、放大及调理电路等，同时完成了系统软件设计，最终实现了超声波多普勒流量计的设计。关键词：多普勒流量计，超声波，FFT，自相关，FPGA

AbstractUltrasonicDopplerflowmetersaremainlyappliedtomeasurefluxofsewageorotherliquidwithsolidgrain．Theyareofhighresolvingpower，andCanrespondquicklywiththevarietyofvelocity．Moreover,theyareinsensitivetothepressureandtemperatureofliquid．Sothetaskissignificantnotonlytoautomaticmeasurementbutalsotoenvironmentprotection．DigitalsignalprocessingisintroducedtoanalyzeDopplersignalinthepaper,weuseautocorrelationandFFTtoimprovetheeffectsofdi．gitalsignalprocessing．SowecarlreducemeasurementlimitofultrasonicDopplerflowmeter．Firstwecompletefilteringbysoftwarebasedonautocorrelation，thenFFTisusedtoconvertDopplersignalfromtimedomaintofrequencydomain．ThenDopplerfrequencyshiftisobtained．AccordingtotherelationshipbetweenFFTandautocorrelationweuseFFTtocomputeautocorrelation，andwecompletesimulationofFFTandautocorrelationwithMATLB．InthedesignwecompletethecalculationofFFTandautocorrelation，thenumberofdataprocessingishuge，SOweuseXC3S250EFPGAofXilinxcompanytocompletethecalculation．Inthisway,wecanimprovethespeedofcalculationandreal．timeofthesystem．TheadvantageofFPGAiscalculationofdatainhugenumberbutnotcontrol，atthesametime，mostofflowmetersaretowardingthedirectionofdual．core，SOweuseC805IF120tocompletethecontrolofthesystem．WealsouseC8051F120tocompletehuman—computerinteraction，messagingandA／Dconversion．Andinhardwaredesign，amplifier,filterandothercircuitsareincluded．WealsocompletesoftwaredesignofultrasonicDopplerflowmeter．ThewholesystemiSsimpleandintelligent．Keywords：Dopplerflowmeter，ultrasonic，FFT，autocorrelation，FPGA

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