高精度時(shí)差法超聲流量計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研究

　　超聲波流量計(jì)在液體流量計(jì)量領(lǐng)域中體現(xiàn)出越來越重要的地位，無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還是日常生活中都發(fā)揮著舉足輕重的作用。而時(shí)差法超聲波流量計(jì)更是有著很多突出的優(yōu)點(diǎn)倍受國內(nèi)外學(xué)者青睞，主要的研究熱點(diǎn)是如何提高流量計(jì)的計(jì)量精度和重復(fù)性。本論文研究了時(shí)間差信號(hào)對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量特性的相關(guān)影響，以及對(duì)提升測(cè)量精度和穩(wěn)定性貢獻(xiàn)程度。

　　首先，論文對(duì)時(shí)差法超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理做了詳細(xì)的介紹，對(duì)引起測(cè)量誤差的原因進(jìn)行了定性和定量的分析。其中聲時(shí)信號(hào)是時(shí)差法超聲波流量計(jì)獲得流速信息的關(guān)鍵，時(shí)間差的準(zhǔn)確測(cè)量是超聲波流量計(jì)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的前提。為此，文章對(duì)影響時(shí)間差測(cè)量的因素進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，時(shí)間差信號(hào)的測(cè)量主要受時(shí)間測(cè)量的分辨率、超聲回波檢測(cè)、信號(hào)延遲和換能器性能等因素的影響。我們選用高分辨率的時(shí)間測(cè)量芯片提升了時(shí)間測(cè)量精度；通過提出的一種回波信號(hào)的處理及過零閾值比較電路，有效的解決了回波信號(hào)的端點(diǎn)檢測(cè)；采用了通道切換技術(shù)克服了信號(hào)延遲的不一致性問題則；通過靜態(tài)下零點(diǎn)校準(zhǔn)的方法解決了換能器性能的不對(duì)稱性問題。這些措施為提高系統(tǒng)測(cè)量的精度和穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。

　　其次，論文對(duì)采集的時(shí)間差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性做了詳細(xì)的分析，分別采用時(shí)域和頻域的處理方法對(duì)時(shí)間差信號(hào)進(jìn)行降噪處理，以達(dá)到提高流量計(jì)的計(jì)量精度和重復(fù)性的目的。分別選用了加權(quán)滑動(dòng)平均濾波法和小波閾值降噪法對(duì)時(shí)差數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，并給出了這兩種方法的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果。結(jié)果顯示，相較于加權(quán)滑動(dòng)平均濾波法，小波閾值降噪法對(duì)于超聲波流量計(jì)采集數(shù)據(jù)的處理更加有效可行，有效的提高了超聲波流量計(jì)的測(cè)量精度。

　　最后，結(jié)合超聲波流量計(jì)時(shí)間差測(cè)量的特點(diǎn)，文章采用 FPGA 設(shè)計(jì)了時(shí)間差測(cè)量模塊，所設(shè)計(jì)的時(shí)間測(cè)量模塊主要包括粗測(cè)量單元、精測(cè)量單元和數(shù)據(jù)運(yùn)算及存儲(chǔ)單元。文章詳細(xì)的給出了各個(gè)單元的設(shè)計(jì)原理，仿真結(jié)果顯示設(shè)計(jì)的時(shí)間測(cè)量電路基本達(dá)到了要求。