浅析伪码相关时差法超声波气体流量计的研究

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1、天津大学硕士学位论文伪码相关时差法超声波气体流量计的研究姓名：杜海明申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：张涛20070601摘要超声波流量计作为一种非接触、易于安装维护的仪表在工业领域得到广泛的应用。在天然气计量领域，虽然孔板流量计仍是最主要的手段，但超声波流量计具有无可动部件、无压损、测量精确度高等优点，它的潜力和后发优势是很明显的。随着相关标准的发布和实用问题的探索，超声波流量计一定会在这一领域广泛推广应用。互相关时差法结合了传统时差法和相关法，继承了它们的优点，又克服了时差法触发时刻不容易确定、时间差难以直接精

2、确测量，相关法被测对象不确定性、易受驻波影响等缺点。为了解决相关函数测量时间有限带来的误差，本文将伪随机码引入到互相关时差法的超声信号处理中来，它以其优良的双值自相关和周期性，可以实现对微小时间差的精确测量。对影响伪码相关结果的重要参数，如：码元长度，采样频率，伪随机序列总长度，伪随机序列周期个数等，进行了理论的分析，得出了参数选择标准。系统硬件电路主要包括超声信号的发射、接收和处理部分。发射部分设计了两种方案：数字式任意波形发生器和直接数字频率合成器。这两种方式均能直接产生经过调制的伪随机ASK(或FSK)信号，但它们有各自的优缺点

3、和适用范围。超声信号接收处理电路的作用是从放大滤波后的信号中解调出伪随机信号，并将其稳定在一个固定的范围之内。这一部分电路由数字、模拟芯片实现，其中自动增益放大电路通过FPGA进行控制。使用任意波形发生器对本课题选用的SensComp发射／接收型压电陶瓷超声换能器进行了移频编码与调幅编码特性实验研究，发现该换能器不适合进行移频编码，当进行调幅编码时，需要选择合适的参数。通过实验方法选择了两种适用的伪随机调幅编码信号。系统调试成功后，将本设计伪码相关时差法超声波气体流量计在天津大学过程检测与控制实验室的常压气体流量实验装置上进行了试验测

4、试，结果符合时间差与流速成线形关系的趋势，并且随着流速的增大，误差逐步的减小。对测试结果的误差来源进行了详细的分析，并提出了解决和进一步完善设计的方案。关键词：超声波气体流量计、伪随机码、互相关、时差法、现场可编程门阵列(FPGA)、任意波形发生器、直接数字频率合成器(DDS)ABSTRACTUltrasonicflowmeterisappliedwidelyinindustrialmeasurementfiledsforitsadvantagesofnon-contactandinstallationandmaintenancewi

5、thease．Inthefiledofnaturalgasmeasurement,thoughorificemeterisstilltheuppermostmeans，ultrasonicflowmetershaveevidentpotentialandbackwardnessadvantageswiththemeritslikewithoutmobilecomponent，withoutpressurelossandhighprecisioninmeasurement．Withrelevantstandardspromulgated

6、andpracticalityexplored，ultrasonicflowmetersmustbeextendedappliedatthisfiledinthefuture．Correlationtime．．differencemethodcombinestraditionaltime．．differencemethodwiththecorrelationmethod，andinheritstheirmerits．Thetime—differencemethod’Sspringingtimeisdifficulttobefixed，

7、andthedifferencetimeisdifficulttomeasureexactly．Thecorrelationmethod’Sobjcotisuncertain，anditiseasytobeinfluencedbystandingwave．Thenewcorrelationtime—differencemethodovercomestheshortcomingsmentionedabove．Inordertosettletheeffectsbythefinitemeasuringtime，PseudoNoise(PN)

8、codeisintroducedtothecorrelationtime—differencemethod．Itsfinediadicauto—correlationandperiodicpropertymakeitea