高精度超声波流量计的研发

高精度超声波流量计的研发

超声波流量计,它是一种在超声波测量相关理论的基础上,通过对流体在管道内流动时的速度进行测量,经过相关信号处理和数据计算,进一步测得管道内流体流量的仪器,它关系到我们的日常生活各个方面。20世纪以来,新的信号处理技术不断涌现,硬件电路单元也变的更加密集化,伴随着越来越多的新型超声换能器的出现,进一步提升了整个超声波流量检测领域的设计和加工水平。产品设计费用低廉,应用领域广泛、易于安装和使用等都是超声波流量计的一些特点,因此在石油开采、天然气勘探、航空制造、生物医疗等领域有着大量应用。流量计是工业发展不可缺少的工具,对于现代工业生产的需求来说,安装简单、更高精度和更加智能化的超声波流量计的设计是非常必要的。

本文基于超声波时差法测量流体流速的方法,结合以ARM芯片为核心的嵌入式硬件平台,设计出了新型的具有较高精度的超声波流量计,之后进行了相关流量测量的模拟实验,对本文设计的超声波流量计的检测效果进行了验证。首先对超声波流量计的产生背景,以及近几年国内外超声波流量计的应用现状进行了分析,然后将超声波流量计的流量检测原理进行了阐述和对比,***后选择时差法作为本次设计的核心方法。其次因为超声波自身的衰减特性和周围环境的噪声干扰等的影响,导致检测到的超声波信号能量较弱并且波形相对杂乱,需要经过相关的信号调理模块处理之后才能进一步分析。然后通过设计相应的信号采集模块,以ARM微控制器芯片为核心,将信号采集处理后,通过以太网口的传送方式将数据发送给计算机进行后期数据处理。***后在计算机上针对采集到的超声波信号的特点,使用MATLAB软件,结合经验模态分析(Empirical Mode Decomposition),希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform)等信号检测领域的分析方法对信号进行了后期处理,使测量结果更为准确,并在此基础上设计了基于LabWindows/CVI的超声波流量计的测量系统。通过搭建相关实验平台,对模拟管道内流体流动的实验采集到的数据进行分析验证后,可以较为准确的得到流体流量,证明该超声波流量计的测量效果良好。