编码激励超声流量测量平台

相同发射功率条件下,脉冲压缩编码激励的超声流量测量系统比传统单脉冲系统有更高的信噪比和分辨率。为研究编码参数(如,码型、码元宽度等)对其测量性能的影响,开发了基于现场可编程(逻辑)门阵列(FPGA)的编码激励超声流量测量系统。系统配置灵活,改变少数参数就可产生各种编码类型、各种带宽的二进制调相信号,还可产生不同时宽带宽积的线性调频信号,为深入研究编码激励超声流量测量系统提供了一个实验平台。

超声流量测量相关测时信号处理

传播时间法超声流量测量中使用相关时延估计,需考虑包络提取位置和相关峰值模糊性问题。在标准表法空气流量实验装置上,进行了相关前/后包络解调和相关峰值检测概率分布的实验。结果表明,先相关后取包络,可充分利用载波的精细化结构和较完整的信号信息,流速的平均读数误差约为先取包络后相关方法的1/2,标准偏差约为其1/3。峰值模糊性导致较高流速时(18.9m/s),最大误差达30%,标准偏差2m/s,引入适当的非线性处理技术,如加窗峰值搜寻和时间/空间中值滤波,上述指标分别降至3.3%和0.35m/s。

回波混叠对相关测时法超声流量测量的影响

传播时间法超声流量测量中使用相关时延估计需注意回波混叠效应。在矩形窗猝发脉冲激励下,进行了流速范围从3.0m/s到18.9m/s的管道实流实验和距离范围从50mm到200mm的静态测距实验,研究回波混叠对测量的影响。前者传感器距离固定,通过调节激励长度改变回波混叠程度;后者激励长度固定,通过调节传感器间距改变回波混叠程度。结果表明,时延估计性能随混叠程度增大而降低。理论定性分析进一步说明,混叠效应会产生成对回波,使相关输出形状失真,是导致时延估计精度变差的主因。

基于相关法的竖管内置式超声流量测量设计

针对特定环境下,在管外壁安装探头不便的情况,设计了将探头内置在管内与流动方向平行的超声波流量测量方式和相应装置,在计算时间差时,采用相关法计算时间差,相关法本身具有一定的滤波去噪特性,提高了时间差的测量精度。系统硬件设计了超声波发射、接收及放大电路,采用高速模数转换器数字化接收信号。实验表明,电路产生的脉冲幅度高、宽度窄,能有效地激励超声换能器。波形进行采样相关处理后的计算值与实际值误差很小,提高了所求时间差的精度,从而更好的进行流量计算。

不同编码激励的超声气体流量测量性能对比

对比研究了13位巴克码、2周期7位m序列(均为二进制相位调制)和线性调频3种典型脉冲压缩编码激励下,超声流量测量系统的性能.对接收信号进行脉冲压缩处理后,测得流速与横河1.0精度等级的涡街流量计读数比对,以评估其测量性能.结果表明,m序列激励下脉冲压缩输出旁瓣远高于理论值,而巴克码和线性调频激励时,旁瓣与理论值相差不超过10%.在3～19,m/s的实验流速范围内,相同时宽带宽积条件下,线性调频信号频谱与换能器带宽的匹配度最高,因此有最小的流速标准偏差和读数误差,巴克码次之,m序列最大.

基于AGC回路的超声波流量测量新方法

针对超声波流量测量系统干扰因素多、测量精度不高、不利于数据采集等特点,对该测量系统的AGC回路应用进行了研究。采用数学方法建立数学模型,并通过分析数学模型计算出AGC回路的可变增益和稳定时间,设计了相应的电路并分析了AGC回路对流量测量计算过程的影响。实际应用证明,该系统可以提供较高的流量测量精度。

编码激励带宽对超声气体流量测量性能的影响

对比研究了四种不同带宽线性调频信号激励下,超声流量测量系统的性能。超声换能器为Senscomp中心频率125kHz,带宽10kHz的收发型压电换能器。信号产生、数据采集和时序控制由FPGA设计的专用电路实现。对接收信号进行脉冲压缩处理后,测得流速与横河1.0精度等级的涡街流量计比对,计算标准偏差和读数误差。结果表明,在B=20kHz的线性调频信号激励下,流速测量的误差和标准偏差最小;B=10kHz时,带宽与换能器带宽匹配,系统流速测量性能次之;B=5kHz时和B=50kHz时,流速测量性能最差。

基于相关法的超声波流量测量的发射设计

相关法超声波流量检测方法,能有效利用超声波脉冲的整体信息进行时差测量。但针对传统相关法的超声波流量测量过程中,等振幅周期信号具有重复性,波形在利用相关法计算的结果不能准确地反映出信号的时间差的这一缺点。采用改进的相关法,使用FPGA(现场可编程门阵列)发出一种特殊调制的驱动脉冲,使超声波探头在需要的一定周期内发射出幅度调制的波形,克服等振幅周期信号在做相关后时间差判断不准的情况,并且硬件平台相对简单即可达到理想效果。通过实验可以证明,控制激励探头的脉冲信号的占空比,可以改变发射波形的幅值特性,得到适合相关运算的波形,达到预期的测量效果。

基于MSP430F147的时差法超声波流量测量系统的研究

结合时差法超声波流量测量原理,研究了一种基于超低功耗16位单片机MSP430F147的时差法超声波流量测量系统。首先介绍了时差法超声波流量测量的基本原理,然后着重讨论了超声波流量测量系统的硬件组成,最后简要介绍了该系统的软件设计。实践表明,该流量测量系统具有功耗低、功能较齐全、可靠性强等特点。

巴克码激励的超声气体流量测量研究

提出了一种用“编码激励＋相关测时”的超声气体流量测量方法。理论分析和数值仿真均表明，相同信噪比条件下，与传统的门限电平法及猝发脉冲激励相关法相比，巴克编码激励相关法的时延估计量方差具有更低的克拉美罗下界。采用标准表法标定实验，在200～1200m3／h范围内对比研究了巴克序列二进制相位调制激励相关和猝发脉冲激励相关的超声流量测量性能，前者测得流速的标准偏差和测量误差明显优于后者。

φ50mm管径超声气体流量测量装置的研制

本文论述以空气在5 0mm的圆管中流动为例 ,采用声速差法测流量 ,测到的流体流速即为面平均速度。克服了用线平均速度代替面平均速度的缺点 ,提高了测量准确度。

高精度数字化超声波液体流量测试系统设计

根据超声波时差法测量流量的原理,设计了一种数字化超声波液体流量测量系统。基于增强型高精度时间数字转换芯片TDC-GP21的流量测试系统的设计方案,采用复杂可编程逻辑器件(CPLD),协助数字信号处理器(DSP)TMS320F2812实现逻辑控制、时序协调等功能,与TDC-GP21共同构成核心的测量系统。以MC1350和外围辅助电路构成的数字化自动增益控制系统使仪表能够适应不同管径流量的测量。由DSP完成测量系统的数据处理和曲线拟合,从而实现完整的数据存储、通信、复位等功能,保证了系统的信号采样精确和高速数据处理。

TDS1012示波器在超声波多普勒流量计研制中的应用

本文简要介绍了一种采用先进的同步解调技术和FFT信号处理技术设计的超声波多普勒流量计;着重介绍了使用Tektronix TDS 1012示波器进行现场信号观察分析过程和使用方法及测量方法,在此基础上确定了该仪表数据信号的处理方案。解决了强噪声和信号的识别问题,提高了仪表的精度和仪表的稳定性。使用Tektronix TDS 1012示波器极大缩短了研制时间,它是一种使用方便、性价比高的研究工具。

基于TDC-GP21的超声波液体流量测试系统设计

本系统实现是应用了超声波为手段的时差法,获得对流量的测量。系统搭建是基于TDC-GP21芯片进行设计的,借助功能强大的CPLD可编程器件,利用DSP工具(TMS320F2812)实现对逻辑、时序的控制,与TDC-GP21构成核心的测量系统。系统硬件设计是应用MC1350以及相关的电路连接实现,即完成了自动增益控制系统,进而应对不同孔径液体流量测量的需求;系统软件部分则是借助先进的DSP工具实现对硬件部分收集数据的处理,其中包括对数据的曲线拟合等,并能够将处理完毕的数据进行存储,数据传输和系统复位等功能,最大程度上确保信号采样环节的准确性以及系统的工作效率。

户用低功耗超声式热量表的研究

利用超声测量非接触的特点 ,将温度测量与超声流量测量相结合设计出户用超声式热量表 ,克服了目前普遍使用的叶轮式热量表在供水水质不好时 ,精度下降并极易损坏的缺点。文中具体描述了超声热量表的结构、温度和流量测量电路 ,并通过MSP4 30单片机的选用 。

超声波风量仪在水泥生产线中的应用

超声波风量仪能够帮助水泥企业准确获取生产线管道中气固两相流的流速和流量,可以及时高效的为变频调节控制提供依据,用于节能控制,还能够有效指导生产,为水泥生产线的操作和控制提供更可靠的数据支撑,防止误操作。超声波风量仪基于超声波测量流量(速)技术,可实现对气固两相流的无源、无干扰测量,对水泥生产线管道内流体的流型没有扰动,不会发生磨损及腐蚀,且结构简单,测量结果与气体温度、压力、密度和探头的脏污无关,则能够很好地解决水泥生产线管道中高温高压等恶劣工况影响测量效果的问题。

超低功耗无线超声波热能表设计

针对国内现有无线热能表存在功耗大、射频穿透能力弱和信息不全等问题,基于超声波流量测量技术和433 MHz射频通信技术,研究设计了一款超低功耗无线超声波热能表。该热能表采用电源的动态调节和流量驱动无线发送模式,在降低无线通信功耗的同时不丢失计量信息。该表年均工作电流低于14μA,一节内置2 800 mA的锂电池可工作20个采暖期,这为无线热能表的大面积推广应用克服了技术障碍。

超声波、雷达仪表的应用

介绍了超声波流量计、雷达液位计原理和特点及在特殊工况条件下的应用。超声波流量计可用于废气处理中的二硫化碳回收监测,雷达液位计可用于罐区液位的监测。

基于ZigBee和TDC-GP2的分布式流量监测系统设计

针对复杂区域内多个小口径、低流速管道进行流量监测的现实需要,结合低能耗和高精度的设计思想,提出一种结合无线传感网络和时差法超声波流量测量的方法,并详细介绍了软硬件设计。设计采用CC2530为控制核心,组成ZigBee无线传感网络,终端设备控制TDC-GP2芯片实现高精度的传输时差测量,协调器设备接收各个终端的测量数据,并通过串口上传给工控机平台进行处理显示和存储。测试结果表明系统可以实现多通道的长时间连续稳定流量监测,测量精度高,具有一定的推广价值。

“西气东输”工程中的检测与自动化仪表技术

分析总结了西气东输工程中的检测和自动化仪表技术 ,重点论述了超声波流量测量、超声波无损检测、SCADA监控和数据采集系统、工程所用自动化仪表分析等有关问题。