CN114018330A - 一种基于fpga的水流量标准装置多参量测量系统 - Google Patents

一种基于fpga的水流量标准装置多参量测量系统 Download PDF

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CN114018330A
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史慧超
沈怀明
黄枭
王亿文
张悦华
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Beijing University of Chemical Technology
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的水流量标准装置多参量测量系统，包括超声流量测量装置、动态压力检测装置、温度检测装置、湿度检测装置与管道振动检测装置；所述超声流量测量装置，用于检测水流量标准装置中的管道流量参数；动态压力检测装置，用于检测水流量标准装置中的管道内水流量压力参数波动；温度检测装置，用于检测水流量标准装置中的管道内水流温度和室内的环境温度参数；湿度检测装置，用于检测水流量标准装置所处的室内环境湿度参数；管道振动检测装置，用于检测水流量标准装置中管道在运行中所产生的振动参数。

Description

一种基于FPGA的水流量标准装置多参量测量系统
技术领域
本发明涉及涉水流量标准装置的多参量系统的测量技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的水流量标准装置的多参量测量系统。
背景技术
水流量标准装置的参数测量主要涉及到流量信息、压力信息、温度信息、湿度信息、振动信息等数据的测量及统计分析。目前，对于以上测量信息的获取都是通过单个的检测装置分别对信息获取，然后再通过人工进行数据处理，再次过程中比较繁琐的是要分别对多个数据进行采集和处理，在采集过程中比较耗时耗力。可以看出单一测量系统对于现在的大数据时带的大量数据采集和统计已经不能得到满足。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于FPGA的水流量标准装置的多参量测量系统，旨在解决水流量标准装置中的多参量信息的高速采集和处理。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
一种基于FPGA的水流量标准装置的多参量测量系统，包括超声流量测量装置、动态压力检测装置、温度检测装置、湿度检测装置与管道振动检测装置；所述
超声流量测量装置，用于检测水流量标准装置中的管道流量参数；
动态压力检测装置，用于检测水流量标准装置中的管道内水流量压力参数波动；
温度检测装置，用于检测水流量标准装置中的管道内水流温度和室内的环境温度参数；
湿度检测装置，用于检测水流量标准装置所处的室内环境湿度参数；
管道振动检测装置，用于检测水流量标准装置中管道在运行中所产生的振动参数。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
采用了多采集装置的集成，结合FPGA高性能采集开发板对，能同时对水流量标准装置中的多个参量进行实时的采集和显示，提高了测量工作和数据处理的效率，并且可保证有效时间内测量数据的可靠性，为实现高效的多参量数据采集、分析提供了可实施的方案，并且智能终端设备具有高便携性和移植性，对于适应各中环境有较大的优势。
附图说明
图1是基于FPGA的水流量标准装置的多参量测量系统结构图；
图2是FPGA采集开发板外置接口图；
图3是基于FPGA的水流量标准装置多参量采集系统整体框架结构图；
图4是Labview上位机程序框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，为基于FPGA的水流量标准装置的多参量测量系统结构，包括超声流量测量装置10、动态压力检测装置20、温度检测装置30、湿度检测装置40与管道振动检测装置50、FPGA采集开发板60、上位机程序70；所述超声流量测量装置，用于检测水流量标准装置中的管道流量参数，具体地，待测流量为某一水流量标准装置在进行流量仪表标定过程中管道中的水流流量，通过超声流量检测装置检测其中的流量参数；动态压力检测装置，用于检测水流量标准装置中的管道内水流量压力参数波动；具体地，在水流量标准装置标定流量仪表的过程中将动态压力检测装置放入管道之中，实现对水流在管道中产生的压力进行测量。温度检测装置，用于检测水流量标准装置中的管道内水流温度和室内的环境温度参数，具体为两部分一部分检测装置放在装置内，一部分装置放在装置外，同时对两个点的温度进行测量；湿度检测装置，用于检测水流量标准装置所处的室内环境湿度参数；管道振动检测装置，用于检测水流量标准装置中管道在运行中所产生的振动参数。FPGA采集开发板60与声流量测量装置、动态压力检测装置、温度检测装置、湿度检测装置和管道振动检测装置均电连接，用于接收和处理流量参数、动态压力参数、温度参数、湿度参数、管道振动参数。同时对多个水流量标准装置中的多个参数进行同时测量，提高了测量的效率。
如图2所示，展示了基于传感器的各检测装置示意图，包括各类传感器和电信号采集电路，其中传感器为各成型传感器，用于采集各个参数，包括超声流量传感器、动态压力传感器、温度传感器、湿度传感器、振动传感器，与采集电路共同构成各检测装置。在实际示例中流量传感器、动态压力传感器、振动传感器分别安装于水流量标准装置中的管道上，用于测量管道中的相关参数，湿度传感器所用用于测量水流量标准装置所处的环境湿度，而温度传感器是由两只温度传感器组成对管道内的温度和室内的温度都要进行测量。这其中各类传感器型号没有具体规定，只需要能高速稳定的实现数据测量，可以为相应参数的测试仪也可以为相应传感器等。
图3是FPGA采集开发板与相应采集接口，在实物中，还包括智能终端箱，即FPGA采集开发板和对应壳体相集合，为一个智能壳体，在壳体外部留有相应的接口，组成智能终端箱体，对核心智能设备起到保护作用。在智能终端箱外有相应接口，所以外部设备可以随时插入，即插即用，保证了FPGA开发板的便携性和高适应性，并可实现外部设备的扩张功能。具体地，智能终端箱里有一块FPGA采集开发板卡，FPGA采集开发板为集成的具有通信和数据处理的高性能智能终端核心设备，具有高性能的处理器和独立的核心运算电路，如图所示，FPGA采集板卡外置留有4个AD采集模块接口，四路TTL电平串口(TX1、RX1、TX2、RX2)，具体实施时，FPGA采集开发板可以通过AD采集接口连接个检测装置传输过来的电信号，对各类传输过来的电信号进行采集，并且完成模数的转换，同时通过串口接口与上位机程序进行通讯，分别实现数据的采集和发送。
如图4所示，展示了本发明实例测量系统中的上位机软件部分，所示为上位机软件的具体框架和功能模块，其中主要包括数据存储、数据显示、数据处理。所示程序主要通过Labview编程，通过串口通许与智能终端箱内的FPGA采集开发板相连接，接收FPGA采集开发板发送来的流量参数、动态压力参数、温度参数、湿度参数、管道振动参数，并实现个参数的分类存储和实时显示，并可以实现对数据的处理。
可以看出本实例中的测量系统，采用了多采集装置的集成，结合FPGA高性能采集开发板对，能同时对水流量标准装置中的多个参量进行实时的采集和显示，提高了测量工作和数据处理的效率，并且可保证有效时间内测量数据的可靠性，为实现高效的多参量数据采集、分析提供了可实施的方案，并且智能终端设备具有高便携性和移植性，对于适应各中环境有较大的优势。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种基于FPGA的水流量标准装置多参量测量系统，其特征在于，所述系统包括超声流量测量装置、动态压力检测装置、温度检测装置、湿度检测装置与管道振动检测装置；所述
超声流量测量装置，用于检测水流量标准装置中的管道流量参数；
动态压力检测装置，用于检测水流量标准装置中的管道内水流量压力参数波动；
温度检测装置，用于检测水流量标准装置中的管道内水流温度和室内的环境温度参数；
湿度检测装置，用于检测水流量标准装置所处的室内环境湿度参数；
管道振动检测装置，用于检测水流量标准装置中管道在运行中所产生的振动参数。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的水流量标准装置多参量测量系统，其特征在于，所述系统还包括FPGA采集开发板；所述FPGA采集开发板与所述超声流量测量装置、动态压力检测装置、温度检测装置、湿度检测装置和管道振动检测装置均电连接；FPGA采集开发板设置有电压采集接口、电流采集接口与串口通讯接口，用于采集所连接的各装置内的流量参数、动态压力参数、温度参数、湿度参数、振动参数，并协调采样的频率和方式，将数据打包处理和传输。
3.如权利要求1所述的基于FPGA的水流量标准装置多参量测量系统，其特征在于，所述超声流量测量装置为交叉四声道超声流量传感器和信号转换装置，交叉四声道超声流量传感器为两个声道面八个声道，每一个声道面均有四对换能器，两个声道面夹角为45度，对水流量标准装置中的流量参数进行准确检测。
4.如权利要求1所述的基于FPGA的水流量标准装置多参量测量系统，其特征在于，所述动态压力检测装置对水流量标准装置中的压力变化能准确捕捉，通过FPGA采集板卡准确采集动态压力参数。
5.如权利要求1所述的基于FPGA的水流量标准装置多参量测量系统，其特征在于，所述系统还包括上位机程序，用于接收和存储所采集的流量参数、动态压力参数、温度参数、湿度参数、振动参数，对流量参数分离去噪，对动态压力参数、温度参数、湿度参数、振动参数进行数据的比对显示，同时对数据进行分类存储。
6.如权利要求2所述的基于FPGA的水流量标准装置多参量测量系统，其特征在于，所述FPGA采集开发板设置在密闭客体内，并与上位机程序相通讯，其通讯方式为串口通讯，FPGA采集开发板将采集的参数发送至上位机程序。
7.如权利要求1所述的基于FPGA的水流量标准装置多参量测量系统，其特征在于，所述超声流量测量装置、动态压力检测装置、温度检测装置、湿度检测装置与管道振动检测装置分布安装于水流量标准装置中。
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DE102016101237A1 (de) * 2016-01-25 2017-07-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Anordnung an einem Behältnis und/oder einer Rohrleitung umfassend zumindest ein Feldgerät der Automatisierungstechnik

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Non-Patent Citations (1)

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郭黎利等: "深度神经网络FPGA设计与实现", 西安电子科技大学出版社, pages: 111 - 52 *

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