高精度超聲波流量計的研發(fā)

超聲波流量計,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)流動時的速度進行測量,經(jīng)過相關(guān)信號處理和數(shù)據(jù)計算,進一步測得管道內(nèi)流體流量的儀器,它關(guān)系到我們的日常生活各個方面。20世紀以來,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),進一步提升了整個超聲波流量檢測領(lǐng)域的設(shè)計和加工水平。產(chǎn)品設(shè)計費用低廉,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、易于安裝和使用等都是超聲波流量計的一些特點,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的設(shè)計是非常必要的。

本文基于超聲波時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)計出了新型的具有較高精度的超聲波流量計,之后進行了相關(guān)流量測量的模擬實驗,對本文設(shè)計的超聲波流量計的檢測效果進行了驗證。首先對超聲波流量計的產(chǎn)生背景,以及近幾年國內(nèi)外超聲波流量計的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了分析,然后將超聲波流量計的流量檢測原理進行了闡述和對比,***后選擇時差法作為本次設(shè)計的核心方法。其次因為超聲波自身的衰減特性和周圍環(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一步分析。然后通過設(shè)計相應(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)送給計算機進行后期數(shù)據(jù)處理。***后在計算機上針對采集到的超聲波信號的特點,使用MATLAB軟件,結(jié)合經(jīng)驗?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行了后期處理,使測量結(jié)果更為準確,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于LabWindows/CVI的超聲波流量計的測量系統(tǒng)。通過搭建相關(guān)實驗平臺,對模擬管道內(nèi)流體流動的實驗采集到的數(shù)據(jù)進行分析驗證后,可以較為準確的得到流體流量,證明該超聲波流量計的測量效果良好。