一种超声波流量检测系统技术方案

一种超声波流量检测系统，包括系统控制部、电路部和辅助装置；系统控制部包括单片机；数字信号处理器；现场可编程门阵列；电路部包括切换电路、自动增益控制放大电路、模拟/数字转换电路、数字/模拟转换电路；辅助装置包括存储部、输入装置、显示装置、电源和超声波换能器；现场可编程门阵列分别与所述输入装置和所述超声波换能器连接，接受所述输入装置的输入指令并对所述超声波换能器进行时序控制；数字信号处理器与所述存储部连接，进行数据信息的交换；现场可编程门阵列分别与单片机和数字信号处理器双向连接；单片机与显示装置连接，通过所述显示装置进行数据信息的显示。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水利、农业等领域的水流量检测系统，特别是涉及一种超声波流量检测系统。
技术介绍
超声测量流体流量在工业工程中有广泛的应用，在石油、化工工业生产流程中，使用超声检测了解石油采集的总流量；在大型的水电站或者水坝站上，就会安装有超声流量计来实时检测水流流量的变化；而现在千家万户都有自己的水管水表，如何能够很合理且准确的检测每一家用户用水情况，不让生产自来水的水厂和用户担心水流量的测量问题，也是当下一个非常实际的超声测流可以解决的问题；以上从大的河流水流到工业上石油管道的检测到每家每户水管流量的测量都归结为超声测量流体流量的问题，可以看到深入研究超声测量流体流量，使得超声测量流体流量的精度达到更加高的水平是具有非常现实的意义的。  时差法是今年来超声测流的主要使用的方法之一。时差法由于其精确较高，适用于大多数的被测流体而被广泛使用。当下，时差测量的主要常见的方法有：互相关法、广义互相关法、高阶累积量、相位法等等。时差法一般用于大口径管道的流速测量，由于流速的方程中含有声速，它受温度的影响较大，声速不是一个常数，从而影响了测量的准确度。采用时差法时，一般测量传播时间都是以收到的第一个接收波作为计时开关信号的。从发射超声波脉冲起至接收到的第一个波为止的时间间隔内，由于接收门是一直敞开着的，因此，外界各种干扰信号很容易入侵，从而影响测量的稳定性。而且在用相关法测量时差的过程中，由于干扰信号的入侵会增加相关运算量，从而降低系统的反应速度。在超声波流量计中，对测量精度的要求是很高的。一般的流体测量中，在介质流速为1m/s，时差法仅为十几个纳秒，要达到纳秒级的分辨率，现有检测方法是很难实现的。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的检测过程中对流速的计算中含有声速，它受温度的影响较大，从而影响了测量的准确度；检测过程中接收门是一直敞开着，外界各种干扰信号都很容易侵入，从而影响测量的稳定性和在超生波流量检测中对测量精度的要求很高，介质流速为1m/s，时差仅为几十个纳秒，要达到纳秒级的分辨率，现有检测方法无法实现的技术问题，本专利技术提供了一种所述超声波流量检测系统。本专利技术是这样实现的：一种超声波流量检测系统，包括系统控制部、电路部和辅助装置；所述系统控制部进一步包括：用于进行系统控制、数据存取及通信的单片机；用于进行信号滤波处理和相关运算的数字信号处理器；用于时序控制及电平转换的现场可编程门阵列；所述电路部进一步包括：切换电路、自动增益控制放大电路、模拟/数字转换电路、数字/模拟转换电路；所述辅助装置进一步包括：存储部、输入装置、显示装置、电源和超声波换能器；其中，所述现场可编程门阵列分别与所述输入装置和所述超声波换能器连接，接受所述输入装置的输入指令并对所述超声波换能器进行时序控制；所述数字信号处理器与所述存储部连接，进行数据信息的交换；所述现场可编程门阵列分别与所述单片机和所述数字信号处理器双向连接；所述单片机与所述显示装置连接，通过所述显示装置进行数据信息的显示。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术采用延迟窗口接收技术，通过脉宽检测减小检测中噪音对检测精度的影响；采用差值相关法和相关系数判断法是系统测量时间的分辨率达到1.25ns。本专利技术的目的是为了提高超声波流量计的精度和准确度。鉴于此专利技术的目的，本系统从硬件和软件两个方面进行改进。在硬件方面，本系统采用DSP、FPGA和MCU为核心部分，DSP主要负责信号滤波和相关算法的运算，FPGA主要实现精确的时序控制，MCU主要实现人机界面、系统控制、数据存取机通信功能。这样从硬件方面提高运算的精度、缩短运算周期、提高系统的反应速度。在软件方面，首先系统采用系统改进的时差法，从而避免了系统受温度的影响，提高系统的测量精度；其次，系统采用改进的时差法，从而避免了系统受温度的影响，提高系统的测量精度；其次，系统采用了延迟窗口接收技术，减小了噪声的干扰，减少了相关运算量，从而缩短运算周期；最后，采用差值相关法，使系统测量时间的分辨率得到进一步提高，达到1.25ns，从而明显地提高了超声波流量计的精度和准确度。本专利技术中检测系统具有体积小、功率低、测量稳定、可靠等特点，精度达到0.5％、灵敏度达到0.3mm/s，适于测量直径为25mm-8m的塑料与金属管道内的各种液体的流量及流速。附图说明图1、本专利技术一种超声波流量检测系统结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。一种超声波流量检测系统，包括系统控制部、电路部和辅助装置；所述系统控制部进一步包括：用于进行系统控制、数据存取及通信的单片机102；用于进行信号滤波处理和相关运算的数字信号处理器103；用于时序控制及电平转换的现场可编程门阵列101；所述电路部进一步包括：切换电路111、自动增益控制放大电路112、模拟/数字转换电路110、数字/模拟转换电路107、108；所述辅助装置进一步包括：存储部、输入装置105、显示装置106、电源和超声波换能器104；其中，所述现场可编程门阵列101分别与所述输入装置105和所述超声波换能器104连接，接受所述输入装置105的输入指令并对所述超声波换能器104进行时序控制；所述数字信号处理器103与所述存储部连接，进行数据信息的交换；所述现场可编程门阵列101分别与所述单片机102和所述数字信号处理器103双向连接；所述单片机102与所述显示装置106连接，通过所述显示装置106进行数据信息的显示。上述实施例仅供说明本专利技术之用，而并非是对本专利技术的限制，有关
的普通技术人员，在不脱离本专利技术的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本专利技术的范畴。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波流量检测系统，其特征在于：包括系统控制部、电路部和辅助装置；所述系统控制部进一步包括：用于进行系统控制、数据存取及通信的单片机(102)；用于进行信号滤波处理和相关运算的数字信号处理器(103)；用于时序控制及电平转换的现场可编程门阵列(101)；所述电路部进一步包括：切换电路(111)、自动增益控制放大电路(112)、模拟/数字转换电路(110)、数字/模拟转换电路(107、108)；所述辅助装置进一步包括：存储部、输入装置(105)、显示装置(106)、电源和超声波换能器(104)；其中，所述现场可编程门阵列(101)分别与所述输入装置(105)和所述超声波换能器(104)连接，接受所述输入装置(105)的输入指令并对所述超声波换能器(104)进行时序控制；所述数字信号处理器(103)与所述存储部连接，进行数据信息的交换；所述现场可编程门阵列(101)分别与所述单片机(102)和所述数字信号处理器(103)双向连接；所述单片机(102)与所述显示装置(106)连接，通过所述显示装置(106)进行数据信息的显示。

【技术特征摘要】
1.一种超声波流量检测系统，其特征在于：包括系统控制部、电
路部和辅助装置；所述系统控制部进一步包括：用于进行系统控制、
数据存取及通信的单片机(102)；用于进行信号滤波处理和相关运算的
数字信号处理器(103)；用于时序控制及电平转换的现场可编程门阵列
(101)；所述电路部进一步包括：切换电路(111)、自动增益控制放大电
路(112)、模拟/数字转换电路(110)、数字/模拟转换电路(107、108)；所
述辅助装置进一步包括：存储部、输入装置(105)、显示装置(106)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文佳，李朝晖，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：