基于DSP的超声波气体流量传感器

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近年来,超声波气体流量传感器的应用越来越广泛,相比于其它流量计,超声波流量计凭着非接触式的构造,不会破坏流体的活动特性而占据优势。本文中使用的超声流量传感器适用于低流速、小流量以及小管道口径场合。由于本设计中的流量计用于医用,故要求精度高且易于维护。  本文从超声波气体流量计时差法的工作原理出发,对时差法测流机理作具体分析,并使用改进的平行法超声换能器安装形式。本文从声波信号因素、管内流场因素、机械因素、人为因素以及环境因素等方面对造成超声信号测量误差的影响因子进行分析研究,并针对各种误差状况做出相应的解决方案设计。结合已有基础理论分析,构建超声波流量检测系统的硬件电路模块,研究了每部分模块电路的选型以及匹配性能,建立了从DSP到超声换能器到多路模拟开关到放大器再到滤波器最后信号返回到DSP进行A/D采样的电路模式。最后设计了测温电路,便于进行温度采集。针对相应电路研究了声波信号处理的软件方法,使用互相关算法求出信号在管道内传播的时间,同时通过A/D程序,实现测温。  在MATLAB上进行算法的出图显示。分别在实流测量和无流量检测状态下,得出互相关波形图。实流下的实验效果表明超声波气体流量检测系统能可靠运作并且数据结果满足实验要求并符合实际情况。零流量状态下的试验效果表明该流量计运作良好,不会产生流量漂移误差。而后,出图显示测得的不同温度下对应的流量值,分析气体温度变化对实测流量造成的影响。最后采用拟合算法实时地反映出标准流量、时延和温度数据三者间的对应关系,为系统提供了实际流量标定依据。实验结果表明整个系统能够实现对气体在管道内传播时差和气体温度的测量,并且可以满足流量测量的要求。实验结果稳定可靠且流量误差大小保持在1%范围之内。
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