基于FPGA的超声波流量计的设计与研究
发布时间：2023-10-21 15:39
超声波流量计是一种用超声波测量流体流速来计算体积流量的流量计。利用超声波换能器,流量计可以通过超声脉冲发射与接收或通过多普勒效应测量频移来获得所测量的时间的差异,从而测量出沿超声发射路径的流体的平均速度。相对于其他流量计而言,超声波流量计受被测流体的温度、压力、密度、电导率影响较小,测量精度高,且安装与拆卸较为方便,维护成本低。但国外技术较先进的超声波流量计的价格通常较高,这会提高用户的生产成本,所以对超声波流量计进行研究是非常有意义的。本文对超声波流量计行业发展近况、课题的研究目的和意义进行了简要介绍,介绍了超声学相关理论基础,并分析了不同类型超声波流量计的工作原理。同时使用不同材质的材料制作的匹配层进行测试,探究了匹配层对超声波信号的影响。本文对提出了一种超声波流量计的总体设计方案,其主要包含以下几个部分:超声波传感器模块、中间测量管段模块、超声波发射接收与处理模块与上位机模块等。完成了中间测量管段的制作以及超声波传感器的选取。本文提出了两种不同的超声波信号处理单元设计方案,分别是单通道同时发射与接收超声波信号的方案和多通道交替发射与接收超声波信号的方案。详细讲述了两种方案各个模块...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 国内外发展现状
1.3 本文的研究内容
1.4 本文的组织结构
第二章 超声波流量计相关理论
2.1 超声学理论基础
2.1.1 超声波的特性
2.1.2 超声波的分类
2.2 声阻抗与声衰减
2.2.1 声阻抗相关概念
2.2.2 声衰减相关概念
2.3 超声波在异质界面的传播
2.3.1 超声波入射到单一平界面
2.3.2 超声波入射到薄层界面
2.4 超声波流量计工作原理
2.4.1 时差法
2.4.2 波束偏移法
2.4.3 多普勒法
2.4.4 相关法
2.5 本章小结
第三章 超声波流量计总体方案设计
3.1 超声波流量计总体结构
3.2 超声波传感器模块
3.2.1 超声波传感器的安装方式
3.2.2 外加式超声波传感器测试
3.2.3 超声波传感器选取
3.3 中间测量管段部分
3.4 本章小结
第四章 单通道同发同收超声波处理单元的设计
4.1 单通道同发同收超声波处理单元的总体结构
4.2 FPGA芯片选取
4.3 超声波发射与接收模块的设计
4.3.1 超声波发射部分的设计
4.3.2 超声波接收部分的设计
4.4 可控制增益模块的设计
4.4.1 可变增益放大器AD8332相关设计
4.4.2 模数转换器LTC2630相关设计
4.5 滤波与放大模块的设计
4.5.1 LC滤波电路
4.5.2 运算放大器LT6234相关设计
4.6 A/D模块的设计
4.6.1 A/D驱动电路的设计
4.6.2 模数转换器AD7352相关设计
4.7 电源模块的设计
4.7.1 稳压器LT3042相关设计
4.7.2 升压稳压器LT3487相关设计
4.7.3 升压稳压器LTC3114相关设计
4.8 本章小结
第五章 多通道交替收发超声波处理单元的设计
5.1 多通道交替收发超声波处理单元总体结构
5.2 电源模块的设计
5.3 MOS管开关的设计
5.3.1 双沟道场效应管MCH6613
5.3.2 单栅极驱动器UCC27531
5.4 滤波与放大电路的设计
5.4.1 滤波电路的设计
5.4.2 ADA4075运算放大器相关设计
5.5 USB模块的设计
5.6 TDC系列芯片相关设计
5.6.1 模拟前端TDC1000相关设计
5.6.2 时间数字转换器TDC7200相关设计
5.7 FPGA程序设计与测试
5.8 本章小结
第六章 Labview上位机的实现以及软硬件测试
6.1 上位机的设计与实现
6.1.1 用户登陆部分
6.1.2 数据处理部分
6.1.3 TDC1000参数设置部分
6.2 软硬件测试
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
本文编号：3856128
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 国内外发展现状
1.3 本文的研究内容
1.4 本文的组织结构
第二章 超声波流量计相关理论
2.1 超声学理论基础
2.1.1 超声波的特性
2.1.2 超声波的分类
2.2 声阻抗与声衰减
2.2.1 声阻抗相关概念
2.2.2 声衰减相关概念
2.3 超声波在异质界面的传播
2.3.1 超声波入射到单一平界面
2.3.2 超声波入射到薄层界面
2.4 超声波流量计工作原理
2.4.1 时差法
2.4.2 波束偏移法
2.4.3 多普勒法
2.4.4 相关法
2.5 本章小结
第三章 超声波流量计总体方案设计
3.1 超声波流量计总体结构
3.2 超声波传感器模块
3.2.1 超声波传感器的安装方式
3.2.2 外加式超声波传感器测试
3.2.3 超声波传感器选取
3.3 中间测量管段部分
3.4 本章小结
第四章 单通道同发同收超声波处理单元的设计
4.1 单通道同发同收超声波处理单元的总体结构
4.2 FPGA芯片选取
4.3 超声波发射与接收模块的设计
4.3.1 超声波发射部分的设计
4.3.2 超声波接收部分的设计
4.4 可控制增益模块的设计
4.4.1 可变增益放大器AD8332相关设计
4.4.2 模数转换器LTC2630相关设计
4.5 滤波与放大模块的设计
4.5.1 LC滤波电路
4.5.2 运算放大器LT6234相关设计
4.6 A/D模块的设计
4.6.1 A/D驱动电路的设计
4.6.2 模数转换器AD7352相关设计
4.7 电源模块的设计
4.7.1 稳压器LT3042相关设计
4.7.2 升压稳压器LT3487相关设计
4.7.3 升压稳压器LTC3114相关设计
4.8 本章小结
第五章 多通道交替收发超声波处理单元的设计
5.1 多通道交替收发超声波处理单元总体结构
5.2 电源模块的设计
5.3 MOS管开关的设计
5.3.1 双沟道场效应管MCH6613
5.3.2 单栅极驱动器UCC27531
5.4 滤波与放大电路的设计
5.4.1 滤波电路的设计
5.4.2 ADA4075运算放大器相关设计
5.5 USB模块的设计
5.6 TDC系列芯片相关设计
5.6.1 模拟前端TDC1000相关设计
5.6.2 时间数字转换器TDC7200相关设计
5.7 FPGA程序设计与测试
5.8 本章小结
第六章 Labview上位机的实现以及软硬件测试
6.1 上位机的设计与实现
6.1.1 用户登陆部分
6.1.2 数据处理部分
6.1.3 TDC1000参数设置部分
6.2 软硬件测试
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
本文编号：3856128
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3856128.html