基于DSP的超声波流量计的研究.pdf

第19卷第10期
电子设计工程
2011年5月
Vol 19
No.10
Electronic Design Engineering
May 2011
基于DSP的趋声波曼计的研究
杜文广,翟金龙
(太原理エ大学测控技术研究所,山西太原030024)
摘要:超声波流量计因为具有不接触被測介质等倪点,已经被不断研究并应用在许多领城,发挥了巨大的作用。设计
了基于DSP,以多普物效应为原理的超声波流量计,完成了硬件设计和软件设计。最后对FIR数字滤波器和FFT算法
进行了仿真,证明了方案的可行性。
关键词:多普勒效应;流量计;DSP;DDS;AVR
中图分类号:TP212.1
文献标识码:A
文章编号:1674-6236(2011)10-0099-04
Study of ultrasonic flowmeter based on DSP
DU Wen-guang, ZHAI Jin-long
(Measuring and ontrolling echnology Institute, ayan University of Technology, n 030024, China
Abstract: Ultrasonic flowmeter has the advantage of no contact with measured medium, so it has been continuously studied
and applied in many fields, and it played a huge role. This paper designs the flowmeter that is based on DSP and it's principle
is Doppler effect, and completes the hardware and software design. Finally, this paper simulates FIR digital filter and FFT
a]gorithm, and it is proved the feasibility of the program
Key words: Doppler effect; flowmeter; DSP; DDS; AVR
流量测量与人们的生活息息相关。早在刚种植农产品流动的流体中,被随流体一起运动的颗粒反射到接收器,接
时,人仃就已经开始关注灌溉水的流量测量了。现在,流量测收到的反射声波与发射声波之间产生频率差,这个频率差就
量在工业生产、过程控制、科学实验、节能、环境监测和保护是多普勒频移,它正比于流体流速,因此测量频差即可求得
中都起着十分重要的作用。
流速,将测得的平均流速乘以相应的流通截蟊积郎可求得容
超声波在流动的流体中传播时,就载上流体流速的信积流量。
息。因此,通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,从
利用多普勒效应测量的必要条件是:被测流体中必须有
而换算成流量,这就是超声波流量计的测量原理。使用超声足够的具有反射本领的颗粒,才能得到一定强度的信号使仪
波流量计,不需要在流体中安装测量元件,所以不会改变流表正常工作。因此,多普勒超声波流量计只有当被测流体中
体的流动状态,不产生附加阻力,仪表的安装及检修均可不存在一定数量的悬浮颗粒、气泡或有反射本领的其他粒子时
影响生产管线运行,因而是一种理想的节能型流量计。
才能工作。多普流量计适用于测量两相流的场合,这正是其
超声波流量计根据检的方式,可以分为传播速度差他流量计难以解决的。
法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超1.2流量方程
声波流量计。其中,超声波多普勒流量计除具有一般超声波
如图1所示,当多普勒流量计的发射换能器以一定的角
仪器的特点外,还有诸多优点,例如对流速变化响应快,对流度θ向流体发射频率为的连续超声波时,流体中的悬浮颗
体的压力、粘度、温度、密度和导电率等因素不敏感,没有零粒体将声波发射到接收换能器,因为悬浮颗粒随着流体在流
点漂移问题,测量条件不变时仪表重复性好,价格比较便宜动,所以反射的超声波将产生多普勒频移f。设频移后接收
等。超声波多普勒流量计适用于測量两相流的场合,而能够换能器收到的超声波频率为左,超声波在被测流体中的传播
用在两相流场合的流量计是比较少的。本文采用多普勒法为速度(传声速度)为c,颗粒反射体以与被测流体相同的流速
基本原理,来研究基于DSP的超声波流量计。
运动,收、发两超声波東与流体相间的夹角均为,则根据
1多普勒法的测量原理
多普勒效应,多普勒频移Δ用下式表示
11工作原理
多普勒法测流量的基本原理是:把发射的超声波入射到
由式(1)可知,多普勒频移f与发射频率及流体流速
成正比,与介质的传声速度c成反比。当发射频率与声速
收稿日期:2011-03-23
稿件编号:201103135
作者简介:杜文广(1963-),男,山西太原人,硕士,高级工程师。研究方向:エ企自动化与传感器。