單通道時差法超聲流量計研發(fā)(硬件）【文獻綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計文獻綜述畢業(yè)設(shè)計文獻綜述電氣工程與自動化電氣工程與自動化單通道時差法超聲流量計研發(fā)單通道時差法超聲流量計研發(fā)(硬件）硬件）超聲流量測量技術(shù)的基本原理是利用超聲波在流體中傳播時所載流體的流速信息來測量流體流量的。利用超聲波測定流速、流量的技術(shù)不僅應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)方面，而且在醫(yī)療、海洋觀測及各種計量測試中都有著廣泛的應(yīng)用。1955年，世界上第一臺超聲波流量計在美國誕生，它使用的技術(shù)就是“鳴環(huán)”時差測量法，用于航空燃料油流量的測量。20

2、世紀(jì)70年代中后期，基于大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使得超聲波流量計的穩(wěn)定性和可靠性得到了初步的保證，同時為了消除聲速變化對測量精度的影響，出現(xiàn)了頻差法。同一時期，前蘇聯(lián)科技工作者提出了流量修正系數(shù)及其理想狀態(tài)下的理論計算公式，為超聲波流量計進一步提高測量精度打下了堅實的理論基礎(chǔ)。至此，超聲波流量計的研究和應(yīng)用才蓬勃發(fā)展起來。進入80年代中期，超聲波流量計的實現(xiàn)方法已不僅僅局限于時差法和頻差法兩種方法，由于電子技術(shù)及其相關(guān)理論的飛速發(fā)

3、展，超聲波流量計的種類越來越多，又出現(xiàn)了射束位移法、多普勒法、相關(guān)法及噪聲法等。到了80年代中后期，單片機技術(shù)的應(yīng)用使超聲波流量計向高性能、智能化方向發(fā)展。由于使用了單片機作中央處理單元，系統(tǒng)不僅可以進行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算和數(shù)據(jù)處理、進一步提高了超聲波流量計的測量精度，而且還能夠設(shè)計出友好的人機界面，使系統(tǒng)具有參數(shù)設(shè)置、自動檢錯排錯功能以及其他一些輔助功能，大大方便了用戶的操作和使用。單片機在超聲波流量計中的應(yīng)用，使超聲波流量計開始真正進入

4、工業(yè)測量領(lǐng)域。最近10年來，基于高速數(shù)字信號的處理技術(shù)與微處理器技術(shù)的進步，新型探頭材料與工藝的研究、聲道配置及流體動力學(xué)的研究，超聲波流量測量技術(shù)取得了長足的進步，形成了迅猛發(fā)展的勢頭。超聲波流量計在工業(yè)中的應(yīng)用包括氣體、液體以及固體物質(zhì)流量的測量，其測量范圍對大多數(shù)液相介質(zhì)而言，流速從每秒幾厘米到每秒十幾米，管徑從小于1厘米到幾米，工作溫度從低溫(如液態(tài)氧、液化天然氣)到上千度的高溫，允許工作壓力從接近真空到幾百個大氣壓，其響應(yīng)時間

5、從幾個毫秒(引擎控制)到24小時(監(jiān)控管道流量)，在時差式超聲流量計中，最常用的信號處理方法為閾值法我們知道在真正的超聲波信號來臨之前，接收換能器已經(jīng)接收到了一些干擾信號，如果闡值電壓設(shè)置過低，干擾信號的幅值大于該電壓值時，一樣會產(chǎn)生觸發(fā)電平，這樣便被TDC認為是STOP信號到來，引起誤觸發(fā)停止計時。而通過使能窗的控制，在所選的過零點到來之前的任何干擾對整個系統(tǒng)都不再造成影響，或者說當(dāng)在預(yù)期時間以外的干擾脈沖到達芯片通道的時候，芯片將不

6、會把干擾信號作為傳感器的回波來進行測量，這樣對于過零點的確定提供了極大的幫助，在設(shè)計接收回波電路的時候，大大簡化了其信號處理過程。因此，選用使能窗與過零檢測技術(shù)配合使用的接收信號處理方法。采用MSP430單片機作為整個超聲流量計系統(tǒng)的CPU，由于MSP430單片機是以超低功耗作為特點，因此，整個超聲流量計可以使用3.6V的電池作為工作電源，且可保證5年以上的正常工作。這樣，不僅降低了成本，更使超聲流量計的適應(yīng)性得到極大的提高。超聲流量計

7、近幾十年的迅速興起在于其相對傳統(tǒng)流量計(如孔板、渦輪等)具有非接觸式測量、無可動部件、維護方便、適于大管徑測量等優(yōu)勢。超聲流量測量現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)和民用等多個領(lǐng)域與此相關(guān)的研究也逐年增加。國外每隔一段時間就會出現(xiàn)一些綜述評述其時超聲流量測量的技術(shù)進展國內(nèi)也有不少文獻介紹超聲流量測量原理及應(yīng)用。因此，超聲流量計的發(fā)展前景還是很光明的，對超聲流量計的研究與應(yīng)用對于社會經(jīng)濟發(fā)展也是具有促進作用的。超聲流量計的發(fā)展趨勢：近些年來超聲流量

8、計的研究與發(fā)展主要集中在以下幾個方面：對更精確的時間測量方法的研究；對適用于多種流體（包括氣體、液體等）計量的超聲流量計的研究；對超聲流量計的數(shù)據(jù)處理方法研究以及流體狀態(tài)的分析；對超聲流量計的智能化、多功能化和低功耗等方面的研究等。從近些年來國內(nèi)外對超聲流量計研究的熱點分析，可以看出超聲流量計的研究將向更高精度、更高的穩(wěn)定性、更加智能化和更低功耗的方向發(fā)展參考文獻：[1]鞠文濤.超聲波熱量表的設(shè)計與研發(fā)：[學(xué)位論文].杭州：浙江大學(xué)，2