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《电子科技大学》 2009年
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基于FPGA的时差法超声波气体流量计的研究与实验验证

肖海  
【摘要】: 最近十几年以来,随着高速数字信号的处理技术与微处理器技术的迅速发展,随着新型探头材料与工艺的研究,随着声道配置及流体动力学的研究,超声波流量测量技术取得了长足的进步,并且成为一种重要的流量测量技术。超声波流量测量技术也开始被应用于天然气流量检测,于是产生了一种新兴的气体流量仪表—超声波气体流量计。超声波气体流量计具有测量精度高、体积小、能耗低、无压力损失、寿命长以及安装使用方便等显著优点。 本论文采用现场可编程门阵列(FPGA)设计了一种时差法超声波气体流量计。系统硬件电路为单片机+FPGA结构,它摆脱了采用传统分离器件设计的不易更改性和不稳定性,提高了系统的测量精度和稳定度,同时利用FPGA的可编程特性,很高的工作频率以及丰富的内部资源设计了包括高速计数器在内的数字信号处理模块,结合其它一些措施,达到了对气体流量进行高精度测量的目的。主要工作及创新有: 1)研究了各种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理,对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了较深入的研究;通过利用有限元方法和ANSYS软件开展有限元分析,并且根据流体力学及物理学的有关知识,对超声波流量计算公式进行了修正,并给出了不同情况下流量修正系数的计算公式; 2)对整个系统硬件电路进行了研究,包括FPGA的硬件设计,关键功能模块描述,完成了单片机的硬件电路的设计,调试; 3)本文给出了软件相应的设计图,关键部分的总体流程图; 4)进行了实验研究,并且对影响流体流量测量的各种因素进行了仔细的分析、研究。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TH814

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 简盈,王跃科,潘仲明;超声换能器驱动电路及回波接收电路的设计[J];电子技术应用;2004年11期
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5 刘岩,李风荣,王金海;高速可逆位置计数器的研究与FPGA实现[J];天津工业大学学报;2003年02期
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 何群;超声波流量测量系统的关键技术研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2004年
2 陈学永;超声波气体流量计[D];天津大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 米双山,张锡恩,陈健;利用LS-DYNA的破片侵彻靶板有限元分析[J];兵工自动化;2005年02期
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3 王波,莫德举;光纤流量计的研制[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年02期
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8 姚骏,付敬奇,张承燕,董新平;光纤流量传感器的进展[J];传感器技术;2002年03期
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10 陈辉,谭永红,党选举;结构型小管径小流量虚拟传感器研究[J];传感器技术;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林鹏;王等旺;王长利;刘文祥;李焰;;柔爆索加载冲量余弦分布设计与实验验证[A];第四届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2006年
2 杨德伟;王华;;基于FPGA实现的以太网和E1的协议转换[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
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4 芦伟;刘玲;丁辉;;超声自动检测在焊缝检验中的应用[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
5 朱剑平;李文耀;;二进制伪随机序列在环路延时测量中的应用[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(下册)[C];2008年
6 王剑;洪永强;林华星;;铁电存储器FM1608在多规程生物样品分选仪运动控制系统中的应用[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
7 徐会冬;谢敏;;嵌入式技术的实际应用及前景[A];广西计算机学会2004年学术年会论文集[C];2004年
8 徐会冬;谢敏;;数字式温湿度传感器SHT11在单片机系统的应用[A];广西计算机学会2004年学术年会论文集[C];2004年
9 杨光友;程良明;苏旭武;张铮;;基于FPGA的PCB测试机硬件电路设计[A];2005年十二省区市机械工程学会学术年会论文集(湖北专集)[C];2005年
10 白广治;陈泉根;;十六位RISC_CPU的FPGA实现[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭杰纲;旋涡型流体振动流量计流体振动特性仿真及实验研究[D];浙江大学;2003年
2 方敏勇;方管平面X型和空间XX型相贯节点理论和试验研究[D];西安建筑科技大学;2004年
3 李扬;消光层析成像技术及在气体—颗粒流场检测中的研究[D];广东工业大学;2004年
4 孙灵芳;新型污垢热阻在线监测装置的研发与应用研究[D];华北电力大学(河北);2004年
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6 罗守南;基于超声多普勒方法的管道流量测量研究[D];清华大学;2004年
7 徐海东;后向散射超声无损测温设备关键技术的研究与实现[D];清华大学;2004年
8 刘丽娟;矢量量化编码算法及其VLSI结构设计的研究[D];华中科技大学;2004年
9 孙斌;基于HHT与SVM的气液两相流双参数测量[D];浙江大学;2005年
10 黄咏梅;基于差压原理的涡街质量流量测量方法研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨翡;定向钻井导航系统[D];大庆石油学院;2005年
2 张红苹;基于超声的船舶吨位检测技术[D];河海大学;2006年
3 周在龙;基于VHDL的数字存储示波器的设计与开发[D];山东师范大学;2006年
4 周敏刚;基于IEEE1451.2标准和ZigBee协议的温室智能控制器的研究[D];浙江大学;2007年
5 贾三山;基于PCI总线的锯片变形检测系统[D];大连理工大学;2005年
6 赵斌;超声检测信息处理系统的研究[D];大连理工大学;2000年
7 宋文妙;基于EDA技术的专用基带MODEM研制[D];华北电力大学;2001年
8 田祥健;VXI总线虚拟仪器在弹丸测速中的应用[D];南京理工大学;2002年
9 胡俭波;微流量智能型电磁流量计及LS旋转流量计超低功耗设计的研究[D];浙江大学;2002年
10 周祖华;UT信号频谱分析技术基础研究[D];大连理工大学;2002年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田晖,孙延祚;时差法超声流量计的改进[J];北京化工大学学报;1999年04期
2 李跃忠,李昌禧;高精度超声流量传感器建模[J];传感器技术;2005年11期
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4 李芳,冯永葆,蒋涛,李艾华;超声波流量检测误差的流体力学修正研究[J];机床与液压;2005年08期
5 王秉仁;张雷;姜小丽;;超声波测速技术在流量测量中的应用[J];矿山机械;2006年02期
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8 梁锦;对射式超声波接近开关选择中心频率的方法[J];电气开关;1999年05期
9 简盈,王跃科,潘仲明;超声换能器驱动电路及回波接收电路的设计[J];电子技术应用;2004年11期
10 时军;一类积分的Gauss-Jacobi方法及其误差分析[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2005年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 鲍敏;影响气体超声波流量计计量精度的主要因素研究[D];浙江大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 杨震;基于超声波时差法管道流量计积分算法及实验研究[D];西安理工大学;2006年
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4 姜勇;时差法超声波流量计设计与研发[D];浙江大学;2006年
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6 何群;超声波流量测量系统的关键技术研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2004年
7 陈学永;超声波气体流量计[D];天津大学;2004年
8 阎明;高精度微功耗时差法超声波流量计的设计[D];大连理工大学;2007年
9 刘彦君;地铁通风系统火灾研究与疏导措施[D];北京工业大学;2003年
10 王莲莲;高精度数字式相位差测量系统的研究[D];苏州大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张静,董胜林;空气中应用的超声波传感器[J];传感器技术;1993年06期
2 梁锦;对射式超声波接近开关选择中心频率的方法[J];电气开关;1999年05期
3 孟臣 ,李敏;高性能铁电存储器FM24C256及其在单片机中的应用[J];电子技术;2003年01期
4 郑剑翔;基于FRAM铁电存储器的可移动数据采集器[J];电子技术;2004年02期
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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1 王清伟;邱俭军;;一种提高超声波流量计测量精度的补偿算法[J];声学与电子工程;2009年03期
2 李国洪;盛立;刘丽娜;;基于MSP430F447的超声波流量计的设计及实现[J];声学技术;2010年03期
3 胡天浩;;井下超声波流量计误差分析[J];油气井测试;2009年01期
4 周丽雯,金永龙,徐南平,邬士英,蔺明;超声波流量计在高炉纯水密闭循环冷却系统中的应用[J];仪表技术与传感器;2001年06期
5 李国洪;宋兴风;刘丽娜;;超声波热量表的设计及实现[J];制造业自动化;2009年08期
6 牛朋恩;薄秀江;程浩;;时差法超声波流量计原理及应用案例[J];自动化应用;2011年06期
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9 贾晓东;唐祯安;;基于SOPC的超声波流量计的研制[J];电子测量技术;2008年09期
10 段允;王让定;孙广清;;一种提升时差法超声波流量计精度的方法[J];微电子学与计算机;2009年08期
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1 陈静;桑龙;侯媛彬;;一种智能型超声波流量计的研究[A];第十四届全国煤矿自动化学术年会暨中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2004年
2 钱国强;;超声波流量计在轧机乳化液控制中的应用[A];2002热烈庆祝全国化工给排水设计技术中心站成立四十周年技术交流会论文集[C];2002年
3 李明武;刘远征;高正新;周沛勇;;时差法超声波流量计在运河水文站流量测验中的应用[A];中国水利学会2006学术年会暨2006年水文学术研讨会论文集(水文水资源新技术应用)[C];2006年
4 李长奇;马晶;;超声波流量计新技术—线性时间放大法[A];第十三届中国科协年会第10分会场-节能减排战略与测控技术发展学术研讨会论文集[C];2011年
5 段允;王让定;孙广清;;一种提升时差法超声波流量计精度的方法[A];2009年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(上册)[C];2009年
6 龚炳江;刘艳;;基于GPRS的智能超声波热量表的设计与实现[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(2)[C];2008年
7 容显政;解禾;黄宇飞;;用于环保的超声波流量计[A];2000电子产品防护技术研讨会论文集[C];2004年
8 赵国凌;王安平;;《超声波流量计在工业锅炉热工试验中的应用》[A];第二届中国西部绿色低碳节能减排及可再生能源技术研讨会论文集[C];2010年
9 黄建军;刘存;;改进超声波流量计性能的研究[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(下)[C];2001年
10 赵鹏涛;刘延飞;刘岩;;基于MSP430超声波液体流量计的研究[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年
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4 刘久光;华中输气攻克超声波流量计温度死机[N];中国石油报;2008年
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7 记者 吴正懿;科远股份终止收购南京申瑞[N];上海证券报;2011年
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9 四川 王珍秀;流量计类型及原理简介[N];电子报;2006年
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 王雪峰;基于时差法气体超声波流量计的关键技术研究[D];大连理工大学;2011年
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5 翁汉琍;复杂电磁暂态下变压器差动保护异常动作行为分析及对策研究[D];华中科技大学;2009年
6 李文强;透射时差法超声无损检测技术研究与系统实现[D];太原理工大学;2011年
7 冯旭刚;冶金石灰窑多参数检测与质量控制理论及技术研究[D];合肥工业大学;2011年
8 许立兵;轻型车超低排放测试技术研究[D];浙江大学;2008年
9 罗守南;基于超声多普勒方法的管道流量测量研究[D];清华大学;2004年
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1 刘杰;基于时差法的超声波流量计设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘丽珺;基于时差法的超声波流量测试系统研究[D];浙江理工大学;2010年
3 吕清华;气体超声波流量计的研制[D];南京信息工程大学;2005年
4 吕国胜;基于ARM的时差法超声波流量计设计[D];大连理工大学;2010年
5 何海浪;基于ARM的时差法超声波流量计设计[D];华东理工大学;2013年
6 陈静;超声波流量计的研制[D];西安科技大学;2004年
7 王慧;时差法超声波流量计数据处理方法的研究[D];大连理工大学;2010年
8 高荣艳;短管式超声波流量计的研究[D];沈阳工业大学;2011年
9 胡延国;嵌入式超声波流量计的设计实现[D];大连理工大学;2011年
10 程文杰;超声波流量计在输气管道现场运用的研究[D];西南石油大学;2011年
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