南昌大学

    硕士学位论文

    基于多普勒效应法的超声波流量计的研究

    姓名：杨扬

    申请学位级别：硕士

    专业：控制理论与控制工程

    指导教师：王时胜

    20071201摘要

    摘要

    超声波流量计是最近发展很迅速的一种流量计量计，有着突出的优势，在

    工业生产，医疗检测，海洋观测，石油勘探等社会生产生活诸多领域有着广泛

    的应用。国内外的厂商有众多产品问世。然而，由于实地现场的不同和应用情

    况的复杂，超声波流量计在提高环境的适用性、便携性、稳定性以及改进测量

    的精度等等方面.还有很多有待进一步研究深化的地方。

    本文首先查阅了大量国内外流量计产品基本性能，对超声波流量计基本原

    理和进行了分析总结，介绍了几种常见的方法，并在此基础上提出了改进的思

    想：采用以DSP为信号处理核心.以FPGA器件为控制核心，辅以前端模拟电

    路，以H口为主要算法的多普勒效应法的超声波流量计的设计方案。

    本文完成了整体硬件电路的设计，这其中包括模拟电路方面的超声波的发

    射、接收、滤波、三级放大和采样，数字电路方面的DSP、FIFO数据缓存、单

    片机硬件系统的设计以及CPLD的时序控制设计。软件方面完成了CPLD程序

    的设计，实现了DSP和单片机硬件系统的完整性：完成了DSP在流速计算方面

    的程序的设计，这其中包括滤波、插值、FFT的软件设计。并对关键的算法用

    matlab，Simulator、CosmosScopc等软件进行了仿真。

    关键词；超声波流量计数字信号处理器复杂可编程逻辑器件多普勒效应

    快速傅立叶变换Abstraet

    ABSTRACT

    The Ultrasonic Fiowmcter iS ode kind of flowmeter which has been developed

    rapidly recently.It has many advantages and has been widely used insocial

    production and social life，such as manufacturing production，medical treatment，oceanographic observation，Oil exploration and∞On many realm.There are plenty

    of Series Products have been developed inhome and abroad.But,to different

    application areas and situations，further research in this area isrequired in order to

    improve the environmental sustainability,portability,stability and measurement

    accuracy ofthe Ultrasonic Flowmeter.

    In this paper,we first studied lots of Product Information of foreign Ultrasonic

    Flowmeter products，researched on their fundamental characteristics，and summed up

    the fundamental principle ofUltrasonic Flowmeter；then,some approaches ofmaking

    Ultrasonic Flowmcter was introduced，and the innovative approach was put forward

    based on these researches一-new design of Ultrasonic Flowmeter based on Doppler

    Effect Method.In this design，DSP Was the signal processing core；CPLD Was the

    control core；besides，there is also Front Analog Circuitry；the main algorithm is Fast

    Fourier Transforill.

    In the paper,we finished both the hardware design and software design of

    Ultrasonic Flowmeter.The hardware Was consists ofanalog circuit and digital circuit.

    The analog circuit includes ultrasonic transmitting，receiving，three stage amplifying

    and sample circuit.The digital circuit includes the design ofDSP,FIFO and the single

    chip system，and the design of CPLD sequential contr01.The software of Ultrasonic

    Flowmeter includes CPLD programming,DSP programming used in calculating

    velocity of flow,and MCU program module.The whole soRvcare system was fully

    realized which includes the soft：ware design of filtering，interpolation,Fast Fourier

    Transform.The key algorithm of the whole system has been simulated by matlab，matlabSimulator,CosmosScope and SO on.

    Key Words：Ultrasonic Flowmeter；Doppler Effect Method；Digital Signal Processor；

    Complex Programmable Logic Device；Fast Fourier Transform；

    II学位论文独创性声明

    学位论文独创性声明

    本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工

    作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地

    方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含

    为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与

    我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确

    的说明并表示谢意。

    学位论文作者签名(手写)： 签字日期：劢疗年，月y日

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    学位论文作者签名： 导师签名：

    签字日期：7一譬年f月弘日 签字日期：芦毋年f月y日第1章绪论

    第1章绪论

    1.1超声波流量测量技术发展概述

    众所周知 ......