多声道超声波流量计的设计与实验研究

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1、学巧化巧１０４的巧级□袜戒文《尖嗦硕击学化沁丈多声谱超声波流量计的设计．－．．与实验研究作者姓名曹译恒指导教师王莉副教授学科口类工学；／Ｖ学科专业控制理论与控制工程培养单位电气工程学院完成时间二〇－五年六月关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论义中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加Ｗ标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰号的研究成果，也不包含本人或他人为获得河南工业大学或其它教育机构的学位或学历证书

2、而使用过的材料一。与我同工作的同志对研究所做的任何贡献均己在论文中做出了明确的说明。，，’］若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。／学位论义作者签名；嗦為至ｊＴ。４日期：＞年／月／Ｕｒ学位论文使用授权书本人完全同意河南Ｘ业大学有化化用本学位论文（包括但不限于其印刪版和电子版），化用方式包巧但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部口（机构）送交学位论文，学术交流为目的赠送和义换学位论文，允许学伉论文被查阅、借阅和复印，将学位论义的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位

3、论文在解＾密巧的用授权。使同上学化论义作者签名；焉卷：Ｈ期月日悼哥签名：指教师曰期：年月日公学校代码10463密级□硕士学位论文多声道超声波流量计的设计与实验研究作者姓名曹译恒指导教师王莉副教授学科门类工学学科专业控制理论与控制工程培养单位电气工程学院完成时间二〇一五年五月DesignofMulti-pathultrasonicflowmeterwithexperimentalresearchADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：CaoYihengSupervisor：Associatio

4、nProf.WangLiSchoolofElectricalEngineeringHenanUniversityofTechnology,Zhengzhou,China摘要流程工业的三大测量要素分别为流量、温度与压力。随着国内西气东输项目的进展、城市天然气管道化的建设、油田民用天然气商品化政策的实施、化工生产原料流量的计量的需求、以及供水管道项目的日益增加使得流量计量仪表得到更广泛的应用，并在国民经济的发展中逐步起到不可替代的作用。超声波流量测量技术是一种应运而生的新技术，它利用超声波信号在流体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量，具有测量精度高、低流速性好、压力损失小

5、、适用范围广、测量范围大等特点。本文设计了一种基于嵌入式ARMCortex-M3内核的STM32L超低功耗多声道超声波液体流量智能计量仪表，并开展了如下几个方面的研究工作：（1）通过查阅大量相关文献和资料，根据国内外研究现状，分析超声波在介质中的传播特性，并研究超声波换能器的工作原理，此外，详细研究分析不同种类超声波流量计的测量原理，并比较其优势和劣势，分辨其适用场合，最后，根据设计要求，提出应用时差法来实现超声波流量测量的设计方案。（2）在低功耗要求的前提下，提出基于嵌入式ARMCortex-M3内核的STM32L+TDC-GP22的设计方案，提出多声道超声波测量计的硬件

6、电路的总体设计方案，根据各个模块的技术要求，选择芯片设计电路，并应用一定的抗干扰措施来提高测量精度。此外，通过多通道的回波信号自动增益调节和误差修正算法来降低测量误差，实现液体流量的高精度计量、存储。并通过虚拟仪器技术实现数据在线监控等功能。本文设计的多声道超声波流量计具有测量介质可选、声道数可选、计量精度高、功能可扩展性强、超低功耗等优点。（3）软件设计方面，采用模块化设计方法，将整个系统分为4个模块。提出软件设计的总体流程图，并分别设计时间测量程序，超声波的发射、接收程序，中断程序。分析了多声道超声波流量计的流量算法以及多声道测量计算程序，从而完成对整个硬件系统的控制，

7、并实现数据的处理和显示等功能。（4）基于硬件电路设计和软件控制流程，搭建基于虚拟仪器的实验平台，通过虚拟仪器技术实现数据在线监控等功能。对所设计的多声道超声波流量计进行实验测试。通过分析实验结果，验证本文所设计的超声波流量计的正确性以及可行性，证明设计方I案具有更高的测量精度。关键词：多声道超声波流量计；嵌入式控制器；TDC-GP22；CORTEX-M3；误差修正算法。IIAbstractFlowandtemperature,pressurearethemostthreeimportantmeasurementsi