【摘要】：超聲波流量計(jì),它是一種在超聲波測(cè)量相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的速度進(jìn)行測(cè)量,經(jīng)過(guò)相關(guān)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)計(jì)算,進(jìn)一步測(cè)得管道內(nèi)流體流量的儀器,它關(guān)系到我們的日常生活各個(gè)方面。20世紀(jì)以來(lái),新的信號(hào)處理技術(shù)不斷涌現(xiàn),硬件電路單元也變的更加密集化,伴隨著越來(lái)越多的新型超聲換能器的出現(xiàn),進(jìn)一步提升了整個(gè)超聲波流量檢測(cè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和加工水平。產(chǎn)品設(shè)計(jì)費(fèi)用低廉,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、易于安裝和使用等都是超聲波流量計(jì)的一些特點(diǎn),因此在石油開(kāi)采、天然氣勘探、航空制造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著大量應(yīng)用。流量計(jì)是工業(yè)發(fā)展不可缺少的工具,對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求來(lái)說(shuō),安裝簡(jiǎn)單、更高精度和更加智能化的超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)是非常必要的。本文基于超聲波時(shí)差法測(cè)量流體流速的方法,結(jié)合以ARM芯片為核心的嵌入式硬件平臺(tái),設(shè)計(jì)出了新型的具有較高精度的超聲波流量計(jì),之后進(jìn)行了相關(guān)流量測(cè)量的模擬實(shí)驗(yàn),對(duì)本文設(shè)計(jì)的超聲波流量計(jì)的檢測(cè)效果進(jìn)行了驗(yàn)證。首先對(duì)超聲波流量計(jì)的產(chǎn)生背景,以及近幾年國(guó)內(nèi)外超聲波流量計(jì)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,然后將超聲波流量計(jì)的流量檢測(cè)原理進(jìn)行了闡述和對(duì)比,最后選擇時(shí)差法作為本次設(shè)計(jì)的核心方法。其次因?yàn)槌暡ㄗ陨淼乃p特性和周?chē)h(huán)境的噪聲干擾等的影響,導(dǎo)致檢測(cè)到的超聲波信號(hào)能量較弱并且波形相對(duì)雜亂,需要經(jīng)過(guò)相關(guān)的信號(hào)調(diào)理模塊處理之后才能進(jìn)一步分析。然后通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)采集模塊,以ARM微控制器芯片為核心,將信號(hào)采集處理后,通過(guò)以太網(wǎng)口的傳送方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理。最后在計(jì)算機(jī)上針對(duì)采集到的超聲波信號(hào)的特點(diǎn),使用MATLAB軟件,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析(Empirical Mode Decomposition),希爾伯特黃變換(Hilbert-Huang Transform)等信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域的分析方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行了后期處理,使測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于LabWindows/CVI的超聲波流量計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)搭建相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)模擬管道內(nèi)流體流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證后,可以較為準(zhǔn)確的得到流體流量,證明該超聲波流量計(jì)的測(cè)量效果良好。
[Abstract]:Ultrasonic Flowmeter, based on the theory of ultrasonic measurement, is an instrument to measure the flow rate of the fluid in the pipeline by measuring the velocity of the fluid flowing in the pipeline, and through the related signal processing and data calculation. It is related to every aspect of our daily life. Since the 20th century, new signal processing technology has been emerging, and the hardware circuit unit has become more and more dense, along with the emergence of more and more new ultrasonic transducers. Further improve the design and processing level of the whole ultrasonic flow detection field. The low cost of product design, wide application, easy installation and use of ultrasonic Flowmeter are some characteristics of ultrasonic Flowmeter, so it has a large number of applications in the fields of petroleum exploitation, natural gas exploration, aviation manufacturing, biomedicine and so on. Flowmeter is an indispensable tool for industrial development. For the demand of modern industrial production, the design of ultrasonic Flowmeter with simple installation, higher precision and more intelligence is very necessary. In this paper, a new ultrasonic Flowmeter with high precision is designed based on the ultrasonic time difference method and the embedded hardware platform based on ARM chip. The effect of ultrasonic Flowmeter designed in this paper is verified. Firstly, the background of ultrasonic Flowmeter and the application status of ultrasonic Flowmeter at home and abroad in recent years are analyzed, and then the flow detection principle of Ultrasonic Flowmeter is expounded and compared. Finally, the moveout method is chosen as the core method of this design. Secondly, because of the attenuation characteristics of ultrasonic wave and the noise interference in the surrounding environment, the detected ultrasonic signal is weak in energy and relatively chaotic in waveform. It needs to be processed by relevant signal conditioning module before further analysis. Then through the design of the corresponding signal acquisition module, taking the ARM microcontroller chip as the core, after the signal acquisition and processing, the data is sent to the computer for later data processing through the transmission mode of the Ethernet port. Finally, according to the characteristics of the collected ultrasonic signal on the computer, using MATLAB software, combined with empirical modal analysis of (Empirical Mode Decomposition), Hilbert-Huang transform (Hilbert-Huang Transform) signal detection and other signal detection methods for the post-processing of the signal. The measurement system of ultrasonic Flowmeter based on LabWindows/CVI is designed. By setting up the relevant experimental platform and analyzing and verifying the data collected in the experiment of simulating the fluid flow in the pipeline, the fluid flow rate can be obtained more accurately, which proves that the ultrasonic Flowmeter has a good measuring effect.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH814.92

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本文編號(hào)：2154594