基于脉冲序列法的时差法超声波流量计设计-论文.pdf

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1、《工业控制计算机}2015年第28卷第6期基于脉冲序列法的时差法超声波流量计设计DesignofTime——differenceUltrasonicFlow-meterBasedonPulseSequenceMethod苏剑樊辰阳(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)摘要通过对时差法超声波流量计的研究，提出了一种新的信号处理方法——脉冲序列法，该方法与传统信号处理方法相比不仅可以更准确地捕捉到超声信号到达的时间点，同时还可以筛除一些不太理想的信号。实验验证了该方法的可行性。关键词：超声流量计

2、，脉冲序列法，时差法AbstractThispaperpresentsanewsignalprocessmethod—-thepulsesequencemethodbasedontheresearchofthetime-dif-ferenceultrasonicflow—meter．Thismethodcannotonlycapturethearrivaltimeoftheultrasonicsignalwithhigherprecision．butalsoscreenoutsomeundesirabl

3、esignalTheexperimentprovesthatthemethodisefective．Keywords：ultrasonicflow—meter，pulsesequencemethod，timediferencemethod近几年来，超声波流量计由于其非接触式，不受流体物理化由于一般超声流量计最大可测流速在10m／s左右，而声音学性质影响的特点被广泛应用⋯。对时差式超声波流量计而言，在流体中传播速度约为1500m／s，远远大于流体流速，所以可精确地测量超声波传播的时间是提高测量精度的关键，

4、而在当以近似得到顺逆流时间差为：前测时芯片精度已经达到ps级别的基础上，要提高测时精度的△2Dvcose(4)关键就在于准确判断超声波形到达的时刻[2]。超声信号的波形sine对准确判断超声波到达的时间点显得尤为关键。因此本文提出相应的，流体流速流量公式可以表示如下：2一种新的方法来对超声信号进行处理判断，以期更准确判断超忙·At(5)fL，声信号到达时间从而提高超声波流量计测量精度。1测量原理Q⋯VSV·(6)4时差法是根据超声波在流体中顺流与逆流的传播时间差与由公式(5)可知超声波顺逆流传播时间的测

5、量精度直接影被测流体流速之问的关系来求流速的方法。其本质是超声波在响到流速的测量精度和测量范围。流体中的传播速度受到流体流动的影响，在顺流和逆流时测出2脉冲序列法的时间会不同，因此再根据测出时间的差值就可以计算出流体脉冲序列法，它是在电平比较法的基础上引申出来的一种的流速，也就可以计算出流体的流量_3]。其原理图如图1所示：信号处理方法，其示意图如图2所示。系统中选择一个参考电平逆流换能器和顺流换能器相对于管道轴线的安装角度为0，管(阈值)对超声信号进行比较得到比较后的方波信号，测量方波道直径为D，两换

6、能器直线距离为L，流体流速V。信号的前六个上升沿和下降沿时间，也就是图中的t1、t2、t3、T4、t5逆流换能器和t。，同时记录得到的方波信号脉冲个数。得到这六个时间点和方波信号脉冲个数之后，就可以根据脉冲序列法的判断标准来————===进行分析，判断超声信号的质量是否满足计算流速流量的条件。^冉山[】nt2tt6，、顺流挟能器／、；}I”⋯／＼／、／、图1时差法超声波流量计工作原理测量时，逆流换能器和顺流换能器交替作为接收和发射超、，V一V。VVv、声波端。超声波的实际传播速度c。是声速c和流体在声道

7、方向上的速度分量vcos0的和：；Co=C~vCOS1)(1)此时，顺逆流传播时间为：tf：(2)门门f_]nnnt。一丽图2脉冲序列法示意图由上式可得到顺逆流时间差为：脉冲序列法主要是根据图示中方波信号的脉冲序列的脉宽△f=t2-t,=2DvcosO／(3)时间来进行判断，由于硬件电路测时的限制，这里只能测量前三162基于脉冲序列法的时差法超声波流量计设计个脉冲的脉宽时间，考虑到脉宽时间基本满足先增后减的规律，可以剔除这组数据，因此通过本论文提出的脉冲序列法进行判断我们选取差距较大的第一个脉冲和第三个

8、脉冲的脉宽时间进行可以去除这组数据给最终测量结果带来的误差。而第6组数据每判断。这里我们选取的判断准则是限定第三个脉冲脉宽时间和个时刻点都与其他组的数据有一些偏差，比较明显的是前两个数第一个脉冲脉宽时间的比值a在一定范围内，那么关于这个范据差距较大，通过计算可以发现第一个脉冲脉宽时间大大减小，围的选取就是这个方法的重点。由于这个比值与超声信号的幅其数值为0．10313s，而第一个脉冲与第三个脉冲脉宽时间的比值和选取的参考电平大小都有一定关系