基于FPGA的時差法超聲波氣體流量計的研究與實驗驗證.pdf

1、分類號密級UDC注1學位論文基于基于FPGA的時差法超聲波氣體流量計的研究與實驗驗證的時差法超聲波氣體流量計的研究與實驗驗證（題名和副題名）肖海肖海（作者姓名）指導教師姓名王亞非王亞非教授教授電子科技大學電子科技大學成都成都（職務、職稱、學位、單位名稱及地址）申請學位級別碩士碩士專業(yè)名稱物理電子學物理電子學論文提交日期2009.3論文答辯日期2009.5學位授予單位和日期電子科技大學電子科技大學答辯委員會主席評閱人年月日注1：注明《國際

2、十進分類法UDC》的類號摘要I摘要最近十幾年以來，隨著高速數字信號的處理技術與微處理器技術的迅速發(fā)展，隨著新型探頭材料與工藝的研究，隨著聲道配置及流體動力學的研究，超聲波流量測量技術取得了長足的進步，并且成為一種重要的流量測量技術。超聲波流量測量技術也開始被應用于天然氣流量檢測，于是產生了一種新興的氣體流量儀表—超聲波氣體流量計。超聲波氣體流量計具有測量精度高、體積小、能耗低、無壓力損失、壽命長以及安裝使用方便等顯著優(yōu)點。本論文采用現(xiàn)場

3、可編程門陣列(FPGA)設計了一種時差法超聲波氣體流量計。系統(tǒng)硬件電路為單片機FPGA結構，它擺脫了采用傳統(tǒng)分離器件設計的不易更改性和不穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)的測量精度和穩(wěn)定度，同時利用FPGA的可編程特性，很高的工作頻率以及豐富的內部資源設計了包括高速計數器在內的數字信號處理模塊，結合其它一些措施，達到了對氣體流量進行高精度測量的目的。主要工作及創(chuàng)新有：1)研究了各種超聲波流量計特別是時差法超聲波流量計的測量原理，對超聲波在流體中的傳播特

4、性及超聲波換能器進行了較深入的研究；通過利用有限元方法和ANSYS軟件開展有限元分析，并且根據流體力學及物理學的有關知識，對超聲波流量計算公式進行了修正，并給出了不同情況下流量修正系數的計算公式；2)對整個系統(tǒng)硬件電路進行了研究，包括FPGA的硬件設計，關鍵功能模塊描述，完成了單片機的硬件電路的設計，調試；3)本文給出了軟件相應的設計圖，關鍵部分的總體流程圖；4)進行了實驗研究，并且對影響流體流量測量的各種因素進行了仔細的分析、研究。關