高精度超聲波流量計(jì)的研發(fā)

超聲波流量計(jì),它是一種在超聲波測量相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,通過對流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的速度進(jìn)行測量,經(jīng)過相關(guān)信號處理和數(shù)據(jù)計(jì)算,進(jìn)一步測得管道內(nèi)流體流量的儀器,它關(guān)系到我們的日常生活各個(gè)方面。20世紀(jì)以來,新的信號處理技術(shù)不斷涌現(xiàn),硬件電路單元也變的更加密集化,伴隨著越來越多的新型超聲換能器的出現(xiàn),進(jìn)一步提升了整個(gè)超聲波流量檢測領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和加工水平。產(chǎn)品設(shè)計(jì)費(fèi)用低廉,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、易于安裝和使用等都是超聲波流量計(jì)的一些特點(diǎn),因此在石油開采、天然氣勘探、航空制造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著大量應(yīng)用。流量計(jì)是工業(yè)發(fā)展不可缺少的工具,對于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求來說,安裝簡單、更高精度和更加智能化的超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)是非常必要的。

本文基于超聲波時(shí)差法測量流體流速的方法,結(jié)合以ARM芯片為核心的嵌入式硬件平臺,設(shè)計(jì)出了新型的具有較高精度的超聲波流量計(jì),之后進(jìn)行了相關(guān)流量測量的模擬實(shí)驗(yàn),對本文設(shè)計(jì)的超聲波流量計(jì)的檢測效果進(jìn)行了驗(yàn)證。首先對超聲波流量計(jì)的產(chǎn)生背景,以及近幾年國內(nèi)外超聲波流量計(jì)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,然后將超聲波流量計(jì)的流量檢測原理進(jìn)行了闡述和對比,***后選擇時(shí)差法作為本次設(shè)計(jì)的核心方法。其次因?yàn)槌暡ㄗ陨淼乃p特性和周圍環(huán)境的噪聲干擾等的影響,導(dǎo)致檢測到的超聲波信號能量較弱并且波形相對雜亂,需要經(jīng)過相關(guān)的信號調(diào)理模塊處理之后才能進(jìn)一步分析。然后通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號采集模塊,以ARM微控制器芯片為核心,將信號采集處理后,通過以太網(wǎng)口的傳送方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理。***后在計(jì)算機(jī)上針對采集到的超聲波信號的特點(diǎn),使用MATLAB軟件,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析(Empirical Mode Decomposition),希爾伯特黃變換(Hilbert-Huang Transform)等信號檢測領(lǐng)域的分析方法對信號進(jìn)行了后期處理,使測量結(jié)果更為準(zhǔn)確,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于LabWindows/CVI的超聲波流量計(jì)的測量系統(tǒng)。通過搭建相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺,對模擬管道內(nèi)流體流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證后,可以較為準(zhǔn)確的得到流體流量,證明該超聲波流量計(jì)的測量效果良好。