【正文】 c02，所以時(shí)間差可以近似簡(jiǎn)化為： △t = t順 — t逆 = （）即： （）體積流量表達(dá)式： （）式中：A為管道的橫截面積，u為流體在管道內(nèi)的流動(dòng)速度。傳播速度差法是根據(jù)超聲波在流動(dòng)的流體中，順流及逆流傳播時(shí)的速度之差與被測(cè)流體流速之間的關(guān)系來求流速或流量的方法。 本課題的任務(wù)是應(yīng)用時(shí)差法測(cè)量流量。隨著石油和天然氣工業(yè)的強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)，以及行業(yè)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備技術(shù)的逐步接受，%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)。它能夠準(zhǔn)確地測(cè)量液態(tài)石油氣產(chǎn)品的寬頻，而不需像機(jī)械型技術(shù)那樣得到驗(yàn)證。超聲波流量計(jì)在這一領(lǐng)域的銷量比起以前將近翻了一倍。目前國(guó)內(nèi)的廠家生產(chǎn)的超聲波流量計(jì)雖然價(jià)格比較便宜，但總體性能差，主要用于測(cè)量比較容易的大管徑管道中流體的測(cè)量。但由于電子線路太復(fù)雜而未占有牢固的地位。但為了使超聲波流量計(jì)有一定的精度，時(shí)差法超聲波流量計(jì)要求對(duì)時(shí)間的測(cè)量有相當(dāng)高的測(cè)量精度，這在當(dāng)時(shí)是很難做到的。在國(guó)外，以美國(guó)Controlotron公司和Ploysonics公司為代表的產(chǎn)品較多的采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，如“同步調(diào)制”和FFT技術(shù)，他們廣泛的采用以DSP為核心的數(shù)字處理電路，從而能夠更快實(shí)時(shí)的處理超聲信號(hào)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)一些復(fù)雜的算法，如Ploysonics公司的DDF3088型是該公司的新一代全數(shù)字化便攜式多普勒流量計(jì)，它采用了數(shù)字濾波和數(shù)字頻譜分析技術(shù)，能自動(dòng)識(shí)別多普勒信號(hào)與噪聲信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，采用了高分別率的液晶顯示，可以現(xiàn)場(chǎng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行多普勒分析。近幾年來由于DSP和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，以及以基于DSP為核心的數(shù)字信號(hào)處理電路技術(shù)日益成熟和廣泛使用，使得可以采用以DSP為處理核心的超聲波流量計(jì)來廣泛取代國(guó)內(nèi)的以單片機(jī)為核心的超聲波流量計(jì)，從而可利用數(shù)字信號(hào)處理的一些技術(shù)來改善產(chǎn)品的測(cè)量精度，如FFT、數(shù)字濾波、插值運(yùn)算、相關(guān)運(yùn)算，從而來提高系統(tǒng)測(cè)量的精度。通過多光束和數(shù)字信號(hào)處理，超聲波測(cè)量?jī)x可以實(shí)現(xiàn)很高的測(cè)量精確度。而由于中東地區(qū)在石油和天然氣生產(chǎn)中的地位，這一地區(qū)將仍然是超聲波流量計(jì)供應(yīng)商的沃土。而由于中東地區(qū)在石油和天然氣生產(chǎn)中的地位，這一地區(qū)將仍然是超聲波流量計(jì)供應(yīng)商的沃土。超聲流量測(cè)量技術(shù)的基本原理是利用超聲波在流體中傳播時(shí)所載流體的流速信息來測(cè)量流體流量的。頻差法是通過測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)兩組閉路循環(huán)系統(tǒng)中的循環(huán)頻率之差來測(cè)得流量。d).電子線路的集成度高，幾乎不需要維護(hù)與修理，編程靈活簡(jiǎn)單，用戶輸入的數(shù)據(jù)為常用的原始數(shù)據(jù)，不需要經(jīng)過人工的計(jì)算，省時(shí)省力。和PRBS及混沌信號(hào)相比，LFM信號(hào)雖然不易克服多傳感器應(yīng)用中的Crosstalking[13, 18]，但可以基帶傳輸，更重要的是其相關(guān)函數(shù)主瓣窄[11]，一般為兩個(gè)基帶信號(hào)周期[19]。圖1 TOF估計(jì)中超聲波信號(hào)的傳輸多數(shù)介質(zhì)中，超聲波的傳輸可以看成無畸變傳輸，即,其中是增益，是信號(hào)傳輸時(shí)間，所以可以寫成， 定義的互相關(guān)函數(shù)為， 如果隨機(jī)且和不相關(guān)，待測(cè)TOF就是峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。、自相關(guān)函數(shù)及其頻譜。因此,式 中, 只需要計(jì)算非零的情況。3．遞推算法是無乘積的單層次運(yùn)算，避免了FFT算法中多層次運(yùn)算帶來的誤差。圖7實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)中ADC為10bit/20Msps的TLC876，CPLD采用EPF1270T144C5，有源晶振X的頻率為80MHz。圖9是相同條件下，重復(fù)5000次實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)圖。圖10是一組測(cè)量結(jié)果，(a)是驅(qū)動(dòng)信號(hào)，(b)是采集的數(shù)據(jù)，(c)及(d)是其相關(guān)函數(shù)，測(cè)量結(jié)果為TOF= us，分辨率為50ns。 圖11 流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖前面已經(jīng)簡(jiǎn)單的給出了系統(tǒng)方案，這里再詳細(xì)的給出系統(tǒng)的硬件方案，如圖所示，系統(tǒng)分成三個(gè)部分：以模擬電路為主的前端電路，以DSP為核心信號(hào)處理電路，以MCU為核心的后端服務(wù)電路。在每個(gè)脈沖串周期中，頻率變化率和頻率控制字累加器一次，實(shí)現(xiàn)頻率的線性增加，頻率控制字的初值為，相位累加器PA與N位頻率控制字累加一次，實(shí)現(xiàn)相位的調(diào)頻變化，即，每個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，N位相位累加器的高M(jìn)位作為L(zhǎng)UT的地址，LUT(LookUpTable)中存放的D位的正弦信號(hào)波形數(shù)據(jù)在M位地址信號(hào)的尋址后輸出送數(shù)字比較器Comp和給定的參考信號(hào)Dref進(jìn)行比較,產(chǎn)生方波信號(hào)。本系統(tǒng)中采用的MAX II，器件最高工作頻率可達(dá)300MHz。起初作者采用了這種方案，模擬開關(guān)開關(guān)頻率高，對(duì)信號(hào)的影響比較小，但在實(shí)用的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，由于切換的雙方是接收到的微弱的超聲信號(hào)和用于發(fā)射的高壓信號(hào)，難以找到既能夠承受高壓又能使得傳輸?shù)奈⑷跣盘?hào)失真較小的芯片，所以最終放棄了此方案。20dB的變換。圖12 放大電路原理圖考慮到采樣頻率等因素，采用TLC876(ADC器件,采樣頻率fs=20Msps/12bit)的高速信號(hào)采集電路，用于對(duì)超聲信號(hào)的回波進(jìn)行采集。對(duì)128kbit/s數(shù)據(jù)率的MP3數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。其次，C5509有3個(gè)獨(dú)立的多通道緩存串口（McBSP），使得C5509能夠直接與其他C55xx系列DSP、多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器等設(shè)備高速互連，這些McBSP可以提供全速雙工通信，并支持128通道的收發(fā)，接收或者發(fā)送可以選擇使用獨(dú)立的時(shí)鐘，字寬為1124位任選。 for (it=0。 m=j。 if (l!=0) pi[1]=pi[1]。 } for (it=0。 } m=n/2。 it=it+nv) for (j=0。 fr[it+j+nv/2]=fr[it+j]poddr。 } if (il!=0) for (i=0。 int xm,zm。 } endif px = (int*)0x4000。 } kfft(pr,pi,128,7,fr,fi,0,1)。 } k++。 for (i=0。 i=n1。 int *pz = (int*)0x4080。 i++) { pr[i]=sqrt(fr[i]*fr[i]+fi[i]*fi[i])。 fr[it+j]=fr[it+j]+pod