超聲波氣體流量測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用研究

1緒論(1)1.1研究背景與意義(1)1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)與研究現(xiàn)狀分析(2)1.2.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)(2)1.2.2超聲波流量計(jì)的應(yīng)用(3)1.2.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀(5)1.3研究的方法和內(nèi)容(10)2超聲波流量測(cè)量原理與建模(12)2.1時(shí)差法超聲波氣體流量測(cè)量工作原理分析(12)2.1.1超聲波管道流量傳感器的基本結(jié)構(gòu)(12)2.1.2時(shí)差法超聲波氣體流量測(cè)量工作原理(13)2.1.3多聲道超聲波氣體流量測(cè)量基本工作原理(14)2.2超聲波氣體流量測(cè)量的影響因素分析(15)2.2.1流速修正系數(shù)的修正與測(cè)量精度的提高(15)2.2.2超聲波信號(hào)對(duì)流量測(cè)量的影響(17)2.2.3測(cè)量時(shí)間對(duì)流量測(cè)量的影響(19)2.2.4復(fù)雜流場(chǎng)對(duì)流量測(cè)量的影響(21)2.2.5安裝效應(yīng)與儀表殼體幾何尺寸誤差的影響(22)2.3高精度氣體超聲波流量計(jì)的仿真研究(22)2.3.1高精度超聲波氣體流速公式的導(dǎo)出(23)2.3.2n值的計(jì)算(24)2.3.3KC及其對(duì)測(cè)量精度的影響(24)2.3.4流速分布曲線分析(25)2.3.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果(25)2.3.6仿真小結(jié)(26)2.4互相關(guān)法超聲波流量測(cè)量原理分析與建模(27)2.4.1互相關(guān)法(27)2.4.2互相關(guān)法在相位差法中的應(yīng)用(27)2.4.3插值原理(30)2.4.4基于互相關(guān)法的超聲波流量計(jì)在時(shí)差計(jì)算中的研究(31)2.5本章小結(jié)(35)超聲波氣體流量測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用研究目錄3超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(36)3.1插入式超聲波流量測(cè)量管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真研究(36)3.1.1插入式超聲波流量測(cè)量管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(36)3.1.2插入式超聲波流量測(cè)量管道仿真研究(37)3.2外夾式超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)與仿真研究(39)3.2.1外夾式超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)(39)3.2.2外夾式超聲波流量計(jì)仿真研究(40)3.3多聲道超聲波流量計(jì)測(cè)量管道結(jié)構(gòu)和聲道分布與仿真研究(44)3.3.1多聲道超聲波流量計(jì)測(cè)量管道結(jié)構(gòu)和聲道分布(44)3.3.2多聲道超聲波流量計(jì)仿真研究(47)3.4超聲波燃?xì)獗斫Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真研究(57)3.4.1流速分布研究(57)3.4.2超聲波燃?xì)獗斫Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(59)3.4.3超聲波燃?xì)獗矸抡嫜芯?61)3.5本章小結(jié)(65)4多聲道超聲波氣體流量測(cè)量機(jī)理建模與仿真研究(66)4.1多聲道氣體超聲波流量計(jì)流量測(cè)量機(jī)理建模(66)4.1.1多聲道超聲波氣體流量傳感器結(jié)構(gòu)分析(66)4.1.2弦向聲道超聲波氣體流速公式的導(dǎo)出(68)4.1.3多聲道氣體超聲波流量計(jì)氣體體流流速公式導(dǎo)出(69)4.1.4多聲道超聲波氣體體積流量公式的導(dǎo)出(70)4.2基于高斯數(shù)值積分方法的換能器位置確定和加權(quán)系數(shù)計(jì)算(72)4.2.1高斯勒讓德積分方法(73)4.2.2高斯雅可比積分方法(75)4.3模型分析與仿真研究(76)4.3.1模型誤差分析(76)4.3.2模型修正與誤差分析(77)4.4基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的多聲道氣體超聲波流量計(jì)仿真研究(80)4.4.1換能器位置的確定及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建(80)4.4.2加權(quán)系數(shù)的線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解(81)4.4.3誤差分析(81)4.5本章小結(jié)(82)5超聲波流量測(cè)量高精度測(cè)時(shí)技術(shù)研究(84)5.1ACAM公司計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)與分析(84)5.1.1ACAM公司的TDCGP系列計(jì)時(shí)電路(84)5.1.2ACAM公司計(jì)時(shí)電路的典型應(yīng)用(86)5.2TI公司獨(dú)立計(jì)時(shí)電路在高精度電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究(95)5.2.1TDC1000配合TDC7200的高精度流量測(cè)量(96)5.2.2TDC測(cè)時(shí)芯片的典型應(yīng)用(101)5.3TI公司混合微處理器在高精度計(jì)時(shí)電路中的應(yīng)用與研究(106)5.3.1TI 公司MCU高精度計(jì)時(shí)電路MSP430(106)5.3.2TI公司混合微處理器計(jì)時(shí)電路的典型應(yīng)用(111)5.4基于FPGA高精度計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)技術(shù)研究(114)5.4.1FPGATDC高精度計(jì)時(shí)電路(114)5.4.2FPGA高精度計(jì)時(shí)在超聲波流量測(cè)量中的應(yīng)用(118)5.5本章小結(jié)(122)6超聲波信號(hào)處理技術(shù)研究(123)6.1超聲波發(fā)射與接收電路設(shè)計(jì)技術(shù)研究(123)6.1.1超聲波發(fā)射過(guò)程電路設(shè)計(jì)(123)6.1.2超聲波接收過(guò)程電路設(shè)計(jì)(125)6.2超聲波回波信號(hào)檢測(cè)技術(shù)研究(127)6.2.1基于靜態(tài)峰值分布的超聲波回波信號(hào)檢測(cè)方法(127)6.2.2基于曼哈頓距離快速判別回波信號(hào)特征點(diǎn)定位方法(130)6.2.3基于峰值檢測(cè)的變閾值、變?cè)鲆娉暡ɑ夭z測(cè)(134)6.3超聲波回波信號(hào)到達(dá)時(shí)刻點(diǎn)判別閾值設(shè)置技術(shù)研究(135)6.3.1閾值法和1/2 VCC“零點(diǎn)”檢測(cè)法(135)6.3.2基于離散信號(hào)相關(guān)性的回波信號(hào)動(dòng)態(tài)閾值(137)6.4超聲波傳播時(shí)間(差)數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究(140)6.4.1改進(jìn)的卡爾曼濾波算法(140)6.4.2頻率估計(jì)算法研究(144)6.5本章小結(jié)(152)7多聲道氣體超聲波流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)與校準(zhǔn)(153)7.1多聲道氣體超聲波流量計(jì)樣機(jī)電路設(shè)計(jì)(153)7.1.1氣體超聲波流量計(jì)硬件總體方案(153)7.1.2氣體超聲波流量計(jì)的硬件設(shè)計(jì)(153)7.1.3換能器驅(qū)動(dòng)與回波信號(hào)接收電路設(shè)計(jì)(154)7.1.4電源供電電路設(shè)計(jì)(157)7.1.5通信電路設(shè)計(jì)(157)7.1.6其他外圍電路設(shè)計(jì)(157)7.2多聲道氣體超聲波流量計(jì)程序設(shè)計(jì)(161)7.2.1總體系統(tǒng)軟件方案(161)7.2.2系統(tǒng)監(jiān)控主程序(161)7.2.3系統(tǒng)子模塊介紹(162)7.3實(shí)驗(yàn)室氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置下校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究(169)7.3.1超聲波流量計(jì)性能測(cè)試(169)7.3.2檢定結(jié)果與誤差分析(172)7.4高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置下校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究(174)7.4.1雙聲道氣體超聲波流量計(jì)樣機(jī)(174)7.4.2流量計(jì)樣機(jī)儀表系數(shù)修正(174)7.4.3檢定實(shí)驗(yàn)(178)7.5本章小結(jié)(182)8超聲波燃?xì)獗淼膶?shí)驗(yàn)與校準(zhǔn)(183)8.1超聲波燃?xì)獗砜傮w方案設(shè)計(jì)(183)8.2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(184)8.2.1微處理器電路設(shè)計(jì)(184)8.2.2TDCGP22時(shí)間測(cè)量電路(186)8.2.3換能器驅(qū)動(dòng)與信號(hào)通道切換電路(186)8.2.4回波信號(hào)處理電路(188)8.2.5電源供電電路(193)8.2.6其他外圍電路(195)8.2.7硬件實(shí)物圖(197)8.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(197)8.3.1低功耗程序設(shè)計(jì)(197)8.3.2回波信號(hào)特征點(diǎn)定位方法實(shí)現(xiàn)(198)8.3.3流量測(cè)量程序設(shè)計(jì)(200)8.4超聲波燃?xì)獗砥髽I(yè)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究(201)8.4.1檢定要求(201)8.4.2檢定實(shí)驗(yàn)裝置(201)8.4.3檢定方法與流程(202)8.4.4超聲波燃?xì)獗頇z定結(jié)果與分析(204)8.5本章小結(jié)(207)參考文獻(xiàn)(208)