本文關(guān)鍵詞：基于ARM的多參數(shù)自適應(yīng)氣體渦街流量計的設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 渦街流量計 二次儀表 壓電傳感器 程控增益放大器 頻譜分析 變采樣頻率

【摘要】：基于卡門渦街原理的渦街流量計因壓力損失小、穩(wěn)定性好、適用于測量多種介質(zhì)等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于測量液體、氣體和蒸汽的流量。但是,目前的渦街流量計存在著兩個問題：一是低流速時渦街信號測量不準,量程比受限；二是目前市場上推出的渦街流量計產(chǎn)品,二次儀表與一次儀表都是配套使用,測量區(qū)間和測量口徑比較的固定。工程中應(yīng)用中,針對不同的測量口徑和測量介質(zhì),需要分別定制與之配套的二次儀表,提升了使用成本。針對這兩個問題,本文設(shè)計一種基于ARM的多參數(shù)自適應(yīng)渦街流量計。對信號處理電路進行了的改進,通過采用模擬濾波和數(shù)字頻譜分析相結(jié)合的方法,對渦街傳感器輸出信號進行采集和處理,提升了渦街信號的測量準確度,降低了測量下限,也同時滿足了不同儀表口徑和不同介質(zhì)的測量需求。本文首先分析了一次儀表中壓電傳感器輸出的渦街信號及噪聲的特點,根據(jù)信號的特征,設(shè)計了前置放大電路,主要包括電荷放大器、程控增益放大器、低通濾波器、施密特整形電路和光電耦合電路。前置放大電路完成對渦街傳感器輸出的信號的電荷/電壓轉(zhuǎn)換、放大、濾波、整形等預(yù)處理,輸出兩路信號：一是經(jīng)低通濾波器后輸出近似正弦的渦街信號；二是經(jīng)施密特電路后整形出與渦街信號頻率相等的方波脈沖信號�？刂破鬟x用低成本、低功耗、內(nèi)嵌Cortex-M3內(nèi)核的STM32F107VCT6,完成對信號的采集、分析、計算,顯示的功能。軟件部分主要完成渦街信號的采集、程控放大倍數(shù)調(diào)整、頻譜分析、頻譜校正、頻率計算和顯示等功能。開發(fā)工具是Keil uVision4 for ARM,采用C語言來編程。本文結(jié)合渦街信號頻率、幅值跨度范圍較大的特點,采用固定采樣點數(shù),變采樣頻率的FFT算法,根據(jù)FFT計算結(jié)果,計算功率譜,進行頻譜校正：最后根據(jù)功率譜信息求出渦街信號的頻率,既降低了測量下限,又滿足了系統(tǒng)低功耗的要求。本課題較好地完成了預(yù)期的設(shè)想,設(shè)計與實現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路,完成了系統(tǒng)軟件的編寫和調(diào)試,并在實驗室進行了氣體流量測試,實驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)具備抗干擾能力強,測量精度高,擴大了量程比,可用于測量小流量,適用范圍更廣的優(yōu)點。
【關(guān)鍵詞】：渦街流量計 二次儀表 壓電傳感器 程控增益放大器 頻譜分析 變采樣頻率
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH814
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 渦街流量計概述10-11
• 1.2 渦街流量計信號處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 渦街流量計數(shù)字信號處理的國外研究現(xiàn)狀11
• 1.2.2 渦街流量計數(shù)字信號處理的國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題研究的目的及意義12-13
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容13-16
• 第二章 渦街流量計原理及其算法的研究16-38
• 2.1 渦街流量計的原理16-19
• 2.1.1 卡門渦街的形成16
• 2.1.2 渦街流量計工作原理16-17
• 2.1.3 渦街流量計的輸出信號分析17-19
• 2.2 渦街信號處理算法研究19-22
• 2.2.1 數(shù)字濾波法19-21
• 2.2.2 自適應(yīng)陷波法21-22
• 2.3 FFT算法簡介22-26
• 2.3.1 基于FFT的周期圖法22-23
• 2.3.2 快速傅立葉變換23-24
• 2.3.3 頻率分辨率及FFT參數(shù)的選擇24-25
• 2.3.4 頻譜分析中存在的誤差25-26
• 2.4 改進方案26-29
• 2.4.1 變采樣頻率26-27
• 2.4.2 頻譜校正27-29
• 2.5 MATLAB仿真實驗29-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 渦街流量計的硬件模塊設(shè)計38-56
• 3.1 整體方案設(shè)計38-39
• 3.2 前置放大電路39-45
• 3.2.1 電荷放大器電路39-40
• 3.2.2 程控增益放大器電路40-41
• 3.2.3 低通濾波器電路41-44
• 3.2.4 施密特電路44-45
• 3.2.5 光電耦合電路45
• 3.3 主控模塊45-51
• 3.3.1 微處理器的選型45-46
• 3.3.2 處理器電路46-48
• 3.3.3 JTAG下載模塊48-49
• 3.3.4 LCD顯示模塊設(shè)計49-50
• 3.3.5 USART模塊50-51
• 3.4 電源模塊51-52
• 3.5 壓力采集模塊52-53
• 3.6 溫度測量模塊53-54
• 3.7 PCB設(shè)計54-55
• 3.8 本章小結(jié)55-56
• 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計56-68
• 4.1 軟件開發(fā)平臺56
• 4.2 軟件設(shè)計思路56-57
• 4.3 各模塊的軟件設(shè)計57-67
• 4.3.1 程控放大器倍數(shù)調(diào)整模塊57-58
• 4.3.2 低通濾波器截止頻率調(diào)整模塊58-60
• 4.3.3 流量計算模塊60-63
• 4.3.4 壓力采集及數(shù)據(jù)處理模塊63-64
• 4.3.5 溫度采集及數(shù)據(jù)處理模塊64-66
• 4.3.6 LCD顯示模塊66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 渦街流量計測試和實驗68-76
• 5.1 電路測試68-71
• 5.1.1 電荷放大器電路測試68-69
• 5.1.2 程控增益放大器電路測試69-70
• 5.1.3 低通濾波器電路測試70
• 5.1.4 前置放大電路測試70-71
• 5.2 系統(tǒng)整體測試71-74
• 5.2.1 實驗裝置71-72
• 5.2.2 氣體流量實驗72-74
• 5.3 本章小結(jié)74-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 論文完成的主要工作76
• 6.2 工作展望76-78
• 參考文獻78-82
• 發(fā)表論文和參加科研情況82-84
• 致謝84

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王維軍;渦街流量計的安裝要點[J];安裝;2000年02期

2 王銀鎖;渦街流量計及其使用[J];甘肅科技;2000年04期

3 牛漢杰;渦街流量計的檢定[J];工業(yè)計量;2000年02期

4 王福珉;渦街流量計的應(yīng)用現(xiàn)狀[J];工業(yè)計量;2000年S1期

5 肖英華;雙發(fā)生體渦街流量計及其應(yīng)用[J];世界采礦快報;2000年Z3期

6 閆慶芳,張建輝,陳燕;一體式智能防爆渦街流量計[J];油氣田地面工程;2001年03期

7 莫德舉,李立平,郭紅曉;電磁法檢測漩渦頻率的渦街流量計[J];北京化工大學學報(自然科學版);2001年01期

8 李廣;渦街流量計在蒸汽計量中的應(yīng)用[J];中國計量;2001年03期

9 王瑞敏 ,王雙校;渦街流量計的調(diào)整與檢修[J];中國計量;2001年11期

10 林暉;渦街流量計選型與應(yīng)用[J];計量技術(shù);2001年12期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳佳安;張猛;艾林;張紹楠;;渦街流量計的發(fā)展與應(yīng)用[A];全國火電100MW級機組技術(shù)協(xié)作會第三屆年會論文集[C];2004年

2 孫國杰;;蒸汽渦街流量計在貿(mào)易結(jié)算中的運用[A];2013年江蘇省計量測試學會學術(shù)會議論文集[C];2013年

3 李健全;趙金紅;王新;;渦街流量計及其在線檢測和修復(fù)[A];冶金自動化信息網(wǎng)年會論文集[C];2004年

4 李健全;趙金紅;王新;;渦街流量計及其在線檢測和修復(fù)[A];全國冶金自動化信息網(wǎng)年會論文集[C];2004年

5 賈云飛;張濤;;渦街流量計中電荷放大電路的研究與設(shè)計[A];天津市自動化學會第十四屆學術(shù)年會論文集[C];2005年

6 顧克江;;基于油氣集中處理系統(tǒng)渦街流量計測量不確定度分析[A];江蘇省計量測試學術(shù)論文集(2011)[C];2011年

7 張磊;徐科軍;;基于差壓式渦街流量計的濕氣測量方法仿真研究[A];PCC2009—第20屆中國過程控制會議論文集[C];2009年

8 范正勇;蓋新華;;供熱流量偏差的分析與處理[A];江蘇省計量測試學會2005年論文集[C];2005年

9 吉春雷;;在蒸汽計量中選用渦街流量計與孔板流量計的利弊[A];江蘇省計量測試學會2006年論文集[C];2006年

10 王峰;鞠文濤;胡亮;傅新;;自適應(yīng)FFT功率譜分析在渦街流量計中的應(yīng)用[A];第五屆全國流體傳動與控制學術(shù)會議暨2008年中國航空學會液壓與氣動學術(shù)會議論文集[C];2008年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 徐娜姿;抗振型渦街流量計在宜研發(fā)成功[N];宜興日報;2010年

2 徐娜姿;在哪里跌倒,就從哪里爬起[N];宜興日報;2010年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 張金晶;渦街流量計在氣液兩相流中的特性研究[D];天津大學;2015年

2 邢娟;渦街流量計工況條件適應(yīng)性研究[D];天津大學;2009年

3 陳潔;寬量程渦街流量計信號處理方法及其實現(xiàn)技術(shù)的研究[D];上海大學;2010年

4 羅清林;抗強振動干擾數(shù)字渦街流量計信號處理方法研究與低功耗實現(xiàn)[D];合肥工業(yè)大學;2010年

5 黃云志;基于時頻域分析的渦街流量計信號處理方法與系統(tǒng)的研究[D];合肥工業(yè)大學;2005年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王誼;基于網(wǎng)絡(luò)通信的低功耗渦街流量計[D];合肥工業(yè)大學;2004年

2 方國慶;插入式超聲渦街流量計的設(shè)計與實現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

3 任永輝;雙相液氣檢測渦街流量計的研究[D];西安工業(yè)大學;2015年

4 張海山;超聲波旋渦熱量變送器研究[D];河北科技大學;2015年

5 杜鵬;渦街流量計渦脫落頻率的數(shù)值模擬[D];東北石油大學;2015年

6 任保宏;基于數(shù)據(jù)替換的渦街流量計抗低頻強瞬態(tài)沖擊振動信號處理方法和低功耗實現(xiàn)[D];合肥工業(yè)大學;2015年

7 杜克奎;基于ARM的多參數(shù)自適應(yīng)氣體渦街流量計的設(shè)計[D];天津工業(yè)大學;2016年

8 張清鵬;氣體低功耗數(shù)字渦街流量計的研究[D];天津大學;2007年

9 郝松;基于TMS320F2812 DSP的數(shù)字渦街流量計的研究[D];天津大學;2008年

10 劉三山;兩種數(shù)字渦街流量計的硬件研制[D];合肥工業(yè)大學;2009年

，

本文編號：884271