CN109724655A - 一种气体超声波流量计信号处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体超声波流量计信号处理系统，包括管道、超声波换能器、FPGA模块、DSP模块，所述的超声波换能器布置在管道上，所述的FPGA模块、DSP模块相互连接；所述的超声波换能器连接有接收电路，所述的超声波换能器通过接收电路与FPGA模块相连，所述的FPGA模块的模拟信号输出端通过连接D/A转换模块与超声波换能器相连；所述的DSP模块还分别连接有通讯模块、液晶显示模块、脉冲输出模块，所述的DSP模块还与声道切换电路相连，所述的声道切换电路的信号输出端与接收电路相连。本发明采用分段线性校正的方法，修正非线性误差，提高系统的测量精度。
Description
技术领域
本发明属于仪器仪表检测技术领域，具体地是涉及一种气体超声波流量计信号处理系统。
背景技术
气体超声波流量计具有测量精度较高、量程宽、无压损、对涡流不敏感、无磨损部件等优点，广泛应用于大口径管道天然气流量测量等领域。气体超声波流量计是利用声波在介质中传播的时间与流量呈一定的关系来测量气体流量的，不同于液体超声波流量计，气体超声波流量计由于其换能器与气体之间的声阻抗不匹配，所以，超声波的发射与接收效率较低，接收到的超声波信号能量较弱，容易受到噪声的干扰。因此，处理超声波流量信号以准确地得到传播时间就成为研制中的一个难点。
在气体超声波流量计研制方面，国外起步早；然而，国内研制气体超声波流量计起步较晚，目前主要采用模拟过零检测方法计算传播时间，即设定一个固定的阈值，当信号幅值达到这个阈值后，启动过零检测电路，计算传播时间。这种模拟方法测量的精度不高、抗干扰能力较差。另外，国内部分高校研究数字信号处理的方法，例如互相关算法、小波分析方法，但是，仅仅停留在仿真阶段，没有实时实现。
发明内容
本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种气体超声波流量计信号处理系统；本发明采用分段线性校正的方法，修正非线性误差，提高系统的测量精度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一种气体超声波流量计信号处理系统，其特征在于：包括管道、超声波换能器、FPGA模块、DSP模块，所述的超声波换能器布置在管道上，所述的FPGA模块、DSP模块相互连接；所述的超声波换能器连接有接收电路，所述的超声波换能器通过接收电路与FPGA模块相连，所述的FPGA模块的模拟信号输出端通过连接D/A转换模块与超声波换能器相连；所述的DSP模块还分别连接有通讯模块、液晶显示模块、脉冲输出模块，所述的DSP模块还与声道切换电路相连，所述的声道切换电路的信号输出端与接收电路相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述的管道上布置两对超声波换能器。
作为本发明的另一种优选方案，所述的D/A转换模块还连接有激励电路，FPGA模块通过所述的D/A转换模块、激励电路与管道上的一个超声波换能器相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述接收电路的信号输出端连接有信号调理电路，所述的信号调理电路的模拟信号输出端通过ADC转换模块与FPGA模块的数字信号输入端相连。
与现有技术相比，本发明有益效果是。
本发明所公开的一种气体超声波流量计信号处理系统，采用分段线性校正的方法，修正非线性误差，提高系统的测量精度；可以实现可变阈值过零检测的信号处理，能够实时测量气体流量，并能将流量信息实时显示、输出、上传至上位机。
附图说明
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明一种气体超声波流量计信号处理系统的整体结构框图。
具体实施方式
结合附图1所示，本发明一种气体超声波流量计信号处理方法，其特征在于：包括管道、超声波换能器、FPGA模块、DSP模块，所述的超声波换能器布置在管道上，所述的FPGA模块、DSP模块相互连接；所述的超声波换能器连接有接收电路，所述的超声波换能器通过接收电路与FPGA模块相连，所述的FPGA模块的模拟信号输出端通过连接D/A转换模块与超声波换能器相连；所述的DSP模块还分别连接有通讯模块、液晶显示模块、脉冲输出模块，所述的DSP模块还与声道切换电路相连，所述的声道切换电路的信号输出端与接收电路相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述的管道上布置两对超声波换能器。
作为本发明的另一种优选方案，所述的D/A转换模块还连接有激励电路，FPGA模块通过所述的D/A转换模块、激励电路与管道上的一个超声波换能器相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述接收电路的信号输出端连接有信号调理电路，所述的信号调理电路的模拟信号输出端通过ADC转换模块与FPGA模块的数字信号输入端相连。
本发明采用两对超声波换能器，在每一次测量的开始时，DSP控制通道切换电路来选择哪一个换能器作为发射端、哪一个换能器作为接收端。切换好通道后DSP通知FPGA开始测量，FPGA则立刻控制D/A产生激励信号( 这里选择5 个正弦波作为激励信号)，激励信号经过激励电路放大后加在发射端超声波换能器上，发射端换能器就可以产生超声波。超声波在介质中传播一定时间后，到达接收端换能器，接收端换能器将接收的超声波振动转化成为超声波信号。接收到的超声波信号经过调理电路放大、滤波后就可被ADC 采样。FPGA通过内部时序控制ADC以5MHz的采样频率进行采样，并将采集的数据存放在FPGA内部的双口ＲAM里。FPGA完成对信号的采样后通知DSP，DSP将FPGA的双口ＲAM内的信号数据复制进DSP的ＲAM中，然后DSP对这些数据进行处理，得到对应的传播时间。重复以上的测量方式得到每一个声道的传播时间后，就可计算出气体的瞬时流量以及累积流量。DSP通过液晶将流量信息显示出来，通过DSP内部的PWM模块将瞬时流量以脉冲的形式输出，并且通过SCI通信将流量信息传送给上位机。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种气体超声波流量计信号处理系统，其特征在于：管道、超声波换能器、FPGA模块、DSP模块，所述的超声波换能器布置在管道上，所述的FPGA模块、DSP模块相互连接；所述的超声波换能器连接有接收电路，所述的超声波换能器通过接收电路与FPGA模块相连，所述的FPGA模块的模拟信号输出端通过连接D/A转换模块与超声波换能器相连；所述的DSP模块还分别连接有通讯模块、液晶显示模块、脉冲输出模块，所述的DSP模块还与声道切换电路相连，所述的声道切换电路的信号输出端与接收电路相连。
2.根据权利要求1所述的一种气体超声波流量计信号处理系统，其特征在于：所述的管道上布置两对超声波换能器。
3.根据权利要求1所述的一种气体超声波流量计信号处理系统，其特征在于：所述的D/A转换模块还连接有激励电路，FPGA模块通过所述的D/A转换模块、激励电路与管道上的一个超声波换能器相连。
4.根据权利要求1所述的一种气体超声波流量计信号处理系统，其特征在于：所述接收电路的信号输出端连接有信号调理电路，所述的信号调理电路的模拟信号输出端通过ADC转换模块与FPGA模块的数字信号输入端相连。
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| CN201711051534.7A CN109724655A (zh) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | 一种气体超声波流量计信号处理系统 |
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| CN112903043A (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-04 | 成都秦川物联网科技股份有限公司 | 一种多声道超声波流量计系统 |
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| CN112903043B (zh) * | 2019-12-03 | 2022-06-14 | 成都秦川物联网科技股份有限公司 | 一种多声道超声波流量计系统 |
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