基于相關(guān)法的豎管內(nèi)置式超聲流量測(cè)量設(shè)計(jì)
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式(7)中T為測(cè)量時(shí)間；τ為延遲時(shí)間。
由發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)做相關(guān)，可以測(cè)得傳輸時(shí)間。超聲波換能器發(fā)出一個(gè)調(diào)制信號(hào)x(t)，超聲波換能器收到一個(gè)信號(hào)y(t)，理論上信號(hào)y(t)是信號(hào)x(t)的一個(gè)延時(shí)信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)的波形相似，只是在時(shí)間軸上有時(shí)間間隔△t=t2-t1的兩組信號(hào)。波形圖如2所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/193664.htm
當(dāng)延時(shí)τ≠△t時(shí)，Rxy(τ)值很小；當(dāng)τ=△t時(shí)，兩信號(hào)重合，Rxy(τ)達(dá)到最大值，波形圖如3所示。
相關(guān)函數(shù)從時(shí)域上描述了兩個(gè)信號(hào)在不同時(shí)刻的相互依賴(lài)關(guān)系，其峰值對(duì)應(yīng)了兩個(gè)信號(hào)最相似的時(shí)刻。計(jì)算x(t)和y(t)的相關(guān)函數(shù)，就是在不同延時(shí)值下比較兩個(gè)波形的相似程度，得到相關(guān)函數(shù)Rxy(τ)的圖形，圖形峰值位置所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是兩波形的延時(shí)時(shí)間△t。
2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)硬件的整體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)由FPGA、發(fā)射電路、切換電路、接收放大電路、濾波電路、采樣單元電路等幾部分構(gòu)成。超聲波換能器A、B在FPGA的控制下，輪流工作在發(fā)射與接收狀態(tài)。接收信號(hào)經(jīng)過(guò)接收放大、選頻放大濾除了部分干擾信號(hào)，再送往采樣單元，整個(gè)過(guò)程的時(shí)序控制都由FPGA實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)發(fā)射和接收的波形采樣后做相關(guān)，便得出流體順流和逆流的時(shí)間差，從而求出流體的流速。
2．2 發(fā)射電路
發(fā)射電路如圖5所示采用電感儲(chǔ)能方式產(chǎn)生高壓脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)超聲波探頭，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由FPGA發(fā)出，發(fā)出信號(hào)經(jīng)過(guò)6N137進(jìn)行電氣隔離，信號(hào)進(jìn)入TPS2811。TPS2811是高速M(fèi)OSFET驅(qū)動(dòng)器。輸出端接在場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，控制場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)。場(chǎng)效應(yīng)管漏極接連一個(gè)電感，電感一端連在直流電源。場(chǎng)效應(yīng)管源極接一個(gè)電阻接地。
評(píng)論