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基于FPGA的时差法超声波气体流量计的研究与实验验证
资料介绍
最近十几年以来，随着高速数字信号的处理技术与微处理器技术的迅速发展，随着新型探头材料与工艺的研究，随着声道配置及流体动力学的研究，超声波流量测量技术取得了长足的进步，并且成为一种重要的流量测量技术。超声波流量测量技术也开始被应用于天然气流量检测，于是产生了一种新兴的气体流量仪表—超声波气体流量计。超声波气体流量计具有测量精度高、体积小、能耗低、无压力损失、寿命长以及安装使用方便等显著优点。
本论文采用现场可编程门阵列(FPGA)设计了一种时差法超声波气体流量计。系统硬件电路为单片机+FPGA结构，它摆脱了采用传统分离器件设计的不易更改性和不稳定性，提高了系统的测量精度和稳定度，同时利用FPGA的可编程特性，很高的工作频率以及丰富的内部资源设计了包括高速计数器在内的数字信号处理模块，结合其它一些措施，达到了对气体流量进行高精度测量的目的。主要工作及创新有：
1)研究了各种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了较深入的研究；通过利用有限元方法和ANSYS软件开展有限元分析，并且根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计算公式进行了修正，并给出了不同情况下流量修正系数的计算公式；
2)对整个系统硬件电路进行了研究，包括FPGA的硬件设计，关键功能模块描述，完成了单片机的硬件电路的设计，调试；
3)本文给出了软件相应的设计图，关键部分的总体流程图；
4)进行了实验研究，并且对影响流体流量测量的各种因素进行了仔细的分析、研究。
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