超声波多普勒流量计的设计
基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究
基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究随着工业化和城市化的发展，流量计作为一种重要的测量工具，被广泛应用于电力、石油、冶金等领域中的流量测量系统中。
而基于超声波检测技术的流量计，具有无机械损耗、高精度、不易受流体性质和控制对象变化的影响等优势，成为当前不可或缺的一种流量计。
本文将基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究进行探讨。
一、超声波测量原理简介超声波的特性是频率高于人类听力范围的声波。
超声波测量技术是指利用超声波在介质中传播时的速度、衰减以及反射等物理特性，来测量和分析研究物质、介质等参数。
基于超声波检测技术的流量计，主要是利用超声波在介质中传播时的速度和路径长度，根据声速和路径长度的关系，计算出流量。
超声波测量技术利用的物理原理主要有三种：时间差法、多普勒频移法和声阻抗法。
其中时间差法是指利用超声波在空气和介质的界面上反射的时间差来计算物体距离或流量，应用最为广泛。
二、基于超声波检测技术的流量计设计基于超声波检测技术的流量计，通常由传感器、变送器、显示器等组成。
其设计的基本原理是利用超声波传感器在流体中传播时的速度和路径长度，计算出流体流速来，从而实现流量测量。
1. 传感器的设计超声波传感器是流量计最关键的部分，其性能指标的好坏直接影响到流量计的精度和可靠性。
超声波传感器主要有接触式和非接触式两种类型。
接触式传感器对介质有侵入性，需要进行维护和清洁，而非接触式传感器则对介质无侵入性，可长时间稳定工作。
传感器的工作原理是利用超声波在空气和介质的界面上反射，通过测量匹配关系得到流体流速。
传统的传感器主要采用两个超声波晶体，一个作为发射器，一个作为接收器，在介质中传播，利用超声波在介质中的传播速度和路径长度计算出流速。
而现代的传感器运用更为先进的数字信号处理技术，提高了测量精度和信噪比。
2. 变送器的设计变送器是流量计传感器信号处理的重要组成部分，也是保证流量计稳定工作的重要保障。
变送器的主要功能是将传感器采集到的流量信号转换成标准的电信号输出，从而实现远程控制和显示。
超声波的多普勒测管道流速流量的发射接收电路以及其信号处理等设计
超声波多普勒测流速流量设计核心超声波传感器收发装置1.1超声波传感器超声波的发射与接收都是通过换能器实现的，换能器的材质、工作频率、晶片直径极大的影响了发射的效率及回波接收的质量，因此选择合适的换能器对于整个系统能否按预期目标工作来说是至关重要的。
1）换能器材质的确定压电换能器，使用的材料有压电单晶体、压电陶瓷、压电半导体、压电高分子聚合物和复合压电材料。
压电换能器以介电损耗小、机电耦合系数比较大和足够高的机械强度优于石英晶体、镍和一些合金材料，已日趋广泛地用于超声波换能器。
课题选用其中的压电陶瓷超声换能器，有压电性能好，生产和机械加工方便等优点，在各种超声检测中都有广泛的应用。
2）超声波换能器工作频率的选择工作频率的选择需考虑以下因素：●工作频率高，分辨力高，有利于增大信噪比及提取所需信号；●工作频率高，波长短，半扩散角小，声束指向性好，声能集中，有利于接收回波；●工作频率增加，声能急剧衰减。
工作频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对测量有利；但工作频率高时，能力衰减大，又对检测不利。
因此，应综合考虑，选择适中的频率。
本课题选择的超声换能器工作频率为1MHz。
3）超声波换能器晶片直径的确定超声波换能器直径D一般为毫米，晶片大小对超声检测具有一定的影响。
晶片直径的选择需考虑以下因素：●晶片直径D增加，半扩散角减小，声束指向性变好，声能集中，对检测有利；●晶片直径D增加，辐射的声能大，换能器扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小；如上所述，换能器晶片直径对声束指向性、远距离扫查范围都有较大的影响。
经过考虑，本课题选择晶片直径D为。
综合考虑，本课题最终确定选用压电陶瓷换能器，其工作频率为1MHz，晶片直径为。
2多普勒法测量原理多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。
超声波发生器为一固定声源，随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。
超声波流量计安装设计要求
超声波流量计安装设计要求超声波流量计安装设计要求主要包括以下几个方面：1. 安装地点的环境要求：超声波流量计的主机和传感器的安装点附近不能有电机、磁场等强干扰源，以防止信号混淆或无法接收。
传感器安装点应远离阀门、三通、弯头和其他位置，确保流体稳定，减少测量误差。
2. 管道材料的要求：超声波流量计传感器有管道式、插入式和外夹式三种。
安装管道传感器时，对管道材质基本没有特殊要求，只要法兰完美对接即可。
安装插入式传感器时，需要焊接底座，所以管道材料可以满足这一要求。
外夹式传感器一般适用于不锈钢、碳钢、铸铁、PVC塑料等易于超声波传输的致密材料。
如果管道外有防锈漆，要打磨。
3. 直管段的要求：超声波流量计和大多数流量计一样，也需要足够直的前后管段。
只有管内液体流动状态稳定，测量结果才能相对准确。
一般要求前10D后5D（D为管道直径），即传感器上游10倍管径距离，下游5倍管径距离。
4. 安装距离：应选择上游大于10倍直管径、下游大于5倍直管径以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段，安装点应充分远离阀门、泵、高压电和变频器等干扰源。
5. 管道直径：受管道直径和流速的限制，安装位置的选择应考虑到允许的安装长度和过度流速，以确保精度。
管道内径一般应大于25mm。
6. 管道壁厚：管道壁厚应在超声波波束范围内。
7. 传感器的安装：两个传感器必须安装在管道轴面的水平方向上，并且在轴线水平位置±45°范围内安装，以防止上部有不满管、气泡或下部有沉淀等现象影响传感器正常测量。
如果受安装地点空间的限制而不能水平对称安装时，可在保证管内上部分无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装传感器。
以上信息仅供参考，具体安装设计要求可能会因超声波流量计的型号和厂家的不同而有所差异。
在安装前，建议仔细阅读产品说明书，并咨询厂家或专业人士的意见。
基于超声波技术的流量测量仪器设计
基于超声波技术的流量测量仪器设计超声波技术在流量测量领域中得到广泛应用，主要是因为它具有非接触、无压力损失、高精度等优点。
本文将介绍基于超声波技术的流量测量仪器的设计原理和应用。
首先，我们来了解一下超声波技术的原理。
超声波是一种高频声波，其频率通常在20kHz到1GHz之间。
超声波在液体中传播时，会受到液体流动的影响而发生频率和振幅的变化。
通过测量超声波的传播时间和频率的变化，可以计算出流体的流速和流量。
基于超声波技术的流量仪器主要由发射器和接收器两部分组成。
发射器发射超声波脉冲信号，经过流体后由接收器接收，并测量传播时间和频率的变化。
根据测量结果，可以使用一定的算法计算出流体的流速和流量。
设计超声波流量仪器时，需要考虑多种因素。
首先是传感器的选择。
根据不同的应用环境和要求，可以选择不同类型的超声波传感器，如单通道或多通道传感器，固定或便携式传感器等。
其次是传感器的安装位置和方式。
为了获得准确的测量结果，传感器应安装在流体管道的合适位置，并采取适当的方式固定，以避免外界干扰。
此外，还需要考虑信号处理和数据分析。
传感器测量到的超声波信号需要经过滤波、放大和数字化等处理，以提高测量精度。
接下来，需要使用合适的算法对数据进行分析和处理，以计算出流体的流速和流量。
常用的算法包括时差法、频率移位法和相关法等。
基于超声波技术的流量测量仪器在许多领域都有广泛应用。
例如，它可以用于工业过程控制，监测工业流体的流速和流量，以确保生产过程的安全和高效。
此外，它还可以用于环境监测和水质管理，监测水流的流速和流量，以及处理废水和供水系统。
总而言之，基于超声波技术的流量测量仪器具有非接触、无压力损失和高精度等优点，适用于多种应用场景。
通过合适的传感器选择、信号处理和数据分析，可以获得准确的流体流速和流量数据，为工业过程控制和环境监测等提供有力支持。
未来，随着超声波技术的进一步发展，相信超声波流量测量仪器将在更多领域中得到应用和推广。
超声波流量计多普勒法
超声波流量计多普勒法1. 引言超声波流量计是一种非接触式的流量测量设备，它利用多普勒效应原理来测量液体或气体的流速。
多普勒效应是指当波源与观测者相对运动时，观测者对波的频率感知将发生变化。
刚好利用这一效应，超声波流量计多普勒法能够测量流体中微小颗粒的速度，并通过计算来得出流速。
2. 原理超声波流量计多普勒法的原理基于多普勒频移现象。
当超声波通过流体中的颗粒时，如果颗粒具有速度，超声波的频率将发生变化。
多普勒频移（Doppler shift）是指入射波的频率与反射波的频率之差。
根据多普勒频移的大小，可以计算出颗粒的速度以及流体的流速。
3. 流程超声波流量计多普勒法的测量流程包括以下几个步骤：3.1 发射超声波流量计通过发射器产生超声波，并将波束朝向待测流体。
3.2 接收反射波超声波穿过流体时，会被颗粒散射和反射回流量计。
接收器接收到反射波，并将其传输至处理单元。
3.3 计算频移处理单元通过分析接收到的反射波的频率与发射波的频率之差，计算出多普勒频移。
3.4 计算流速通过应用多普勒频移公式，结合已知参数如声速和探头的角度等，可以计算出颗粒的速度，进而得出流体的流速。
4. 优点与应用超声波流量计多普勒法具有以下优点：4.1 非侵入式测量超声波流量计多普勒法不需要将传感器直接插入流体中，而是通过无线传输进行测量，不会对流体的流动性质造成影响。
4.2 高精度测量由于多普勒法能够测量微小颗粒的速度，因此可以实现对流体的高精度流速测量，适用于一些对流量要求较高的场合。
4.3 宽测量范围超声波流量计多普勒法的测量范围广泛，可以适应不同流速的测量要求。
超声波流量计多普勒法在许多领域得到了广泛应用，如石油化工、水处理、卫生医疗等。
5. 总结超声波流量计多普勒法通过利用多普勒效应原理进行流速测量，具有非侵入式、高精度和宽测量范围等优点。
在实际应用中，我们可以根据需求选择适合的流量计型号和参数来满足测量要求。
随着技术的不断发展，超声波流量计多普勒法在实用性和应用范围上也将得到进一步拓展和提升。
超声波多普勒流量检测系统电路设计
图 ３ ５５５ 定时器超生波发射电路
由(4)式可知,555 多谐振荡器的振荡频率由 R2,R3, C1、来确定。所以在电路设计时,先确定 C1、R2 的取
值,即 C1=3300pf,R2=2.7K Ω 。再将 R2 和 C1 的值代入
上式中可得:
R3 = 1.43 C1 f − 2R 2
(5)
为了使 555 芯片的输出频率为 40kHz 的方波,在这
据输入的仪表参数进行流速、流量、累计流量等所需要 (6) 的数据量的计算。
(7) ４ 系统测试
在多普勒流量测量系统中: 设管道直径 D 为 2 0 .
00cm,超声波探头与水流速度方向夹角θ 为 30°,发射频
率为 40kHz,在水中传播速度为 1450m/s。在标定实验室 的清水管道中加入少量气泡作为超声信号的反射介质, 流量真值采用容积法测出。系统流量测量数据见表 1。从 测量数据中可以看出,系统误差小于 3%,符合预期要求。
《自动化技术与应用》２ ０ １ ３ 年第 ３ ２ 卷第 ０ １ 期
仪器仪表与检测技术
Instrumentation and Measurment
超声波多普勒流量检测系统电路设计
兰 羽 １， 屈改平 ２
(1.陕西工业职业技术学院,陕西 咸阳 712000;2.陕西省南郑县医院,陕西 汉中 723100)
３．３ 混频及低通滤波电路
５ 结束语
该系统分辨率高, 对流速变化响应快, 对流体的压 力、粘度、温度、密度及导电率等因素不敏感,没有零 点飘移问题[6]。经实验测试表明,系统误差小于 3%。本 系统是利用声波在流体中传播的多普勒效应而设计的 流量测试装置, 该装置安装于被测管道的外侧, 不影响 流体的流动, 不接触被测流体, 无压力损失, 维修方便, 特别适用于有害、有毒、腐蚀性强的液体[7]。
超声波流量计方案
超声波流量计方案一、引言超声波流量计是一种常见的流量测量设备，通过利用超声波的传播特性实现对流体流量的测量。
它具有测量准确、无压力损失、无移动部件等优点，在工业生产中得到广泛应用。
本文将介绍超声波流量计的基本原理、常见类型以及应用案例，为读者提供一个全面了解和选用超声波流量计的方案。
二、基本原理超声波流量计通过发射超声波脉冲到流体中，利用声波在流体中传播的速度差异来测量流速。
其工作原理基于多普勒效应，即当声波遇到流体运动时，波长会发生变化，从而实现对流速的测量。
常见的超声波流量计包括传输时间差法和多普勒效应法，下面将分别进行介绍。
2.1 传输时间差法传输时间差法是一种基于声速差异原理的测量方法。
超声波流量计通常由两个传感器组成，一个作为发射器向下游发射超声波信号，另一个作为接收器接收信号。
超声波在流体中传播的速度取决于流体的物理性质以及流速。
当超声波流经流体时，由于流体的速度不同，传输时间会发生变化。
通过测量声波传播的时间差，可以计算出流体的平均流速。
2.2 多普勒效应法多普勒效应法是一种基于声波频率变化原理的测量方法。
超声波流量计的传感器通常同时具备发射和接收功能。
当超声波与流体运动相互作用时，声波的频率会发生变化。
对于与流体相对运动的声波而言，当流速较大时，声波频率会增加；当流速较小时，声波频率会减小。
通过测量超声波频率变化，可以计算出流体的实际流速。
三、常见类型根据实际应用需求和流体特性，超声波流量计可以分为不同类型，下面将介绍其中三种常见的类型。
3.1 声速差法超声波流量计声速差法超声波流量计采用传输时间差法进行测量，其原理是通过测量超声波在流体中传播的时间差来计算流体的流速。
该类型的流量计适用于流体中无颗粒或颗粒较小的情况，如液体或气体的流量测量。
3.2 直接时间差法超声波流量计直接时间差法超声波流量计是一种改进的传输时间差法测量方法。
与传统声速差法不同的是，该类型的流量计不再使用两个传感器，而是采用单个传感器进行测量。
一种新型超声多普勒流量计探头的设计
感原 件 ，通 常安 装 在被 测 流体 的 管道外 部 ，不 接触 被 测 流 体 ，不 干 扰 流 体 的 流 动 ，无 力 损 失 ，维 修 方
便 ，特别 适 用 于有 毒 、有 害 、有腐 蚀 性 和带 有磨 料 的 液体 。其突 出优 点 是可 实现 高 分辨 率 ，对 流 速变 化 响 应 快 ，对 流体 的压力 、粘 度 、温度 、密度 及导 电率 等
一
段 有损 耗 的连接 电缆 ，可用集 中传输 线 来模 拟 电缆
的影 响 。对 大 多数 的应用来 说 ，用 一个 Ｌ Ｃ网络代替 就
可 以了 。
多普 勒探 头采 用单 元式 换能 器 对 目标 流体 进行 测 量 。为 兼 顾整 机 灵 敏 度 ，通 常 使 用较 高 的高 压 电源 ， 例如 １０ ３ ０ 图３ 出 了一种 具体 的发射 电路 ，Ｒ ５ ～５ Ｖ 给 ２
关键 词 ：超声 换 能器 ；超 声传 感 器 ；超 声探 头 ；超 声 多普 勒
０ 引 言
超 声 多普勒 探 头 ，即换 能器 是多 普 勒 流量 计 的传
能 ，再转 换 为 电能 。超 声传 感器 的工作 原 理 大体 是相 同 的 。通 常 都 有 一 个 电 储 能 元 件 和一 个 机 械 振 动 系 统 。当用 作发 射 器 时 ，从激 励 电源 的输 出级 送来 的 电
因素 不敏 感 ，没 有零 点 漂移 问题 。它直 接 影 响流 量计 的测量 准 确度 ，因此 无论 是 流量 计 的设 计制 造 者 还是 使 用部 门 ，对 换 能器 的选 型 、材 料 、结 构 、工 艺 及安 装 都 非 常 重视 ，渴 求 获 得 精 度 高 、性 能 稳 定 的 传 感
通 常所 说 的超 声传 感 器 是指 电声 换 能 器 ，是 一种 既可 以把 电能转 化为 声 能 、又可 以把声 能 转化 为 电能
超声波流量计的设计
目录1 绪论 (1)1.1 超声波流量测量技术发展概述 (1)1.2 常用流量计类型和性能比较 (2)1.3 超声波流量计的特点和用途 (3)1.4 超声波流量计 (3)1.4.1 多普勒超生波流量计 (4)1.4.2 时差法超生波流量计 (4)2 超声波流量计原理 (5)2.1 超声波简介 (5)2.1.1 超声波的频率 (5)2.1.2 超声波的发生 (5)2.2 研究超声波流量计测水量需用：时差法 (5)3 时差法超声波流量计的总体设计 (7)3.1 流量计设计参数 (7)3.2 换能器的安装 (7)3.3 测量原理 (8)3.3.1 声学原理 (8)3.3.2 测时原理 (9)3.4 系统硬件框图 (11)4 时差法超声波流量计的硬件设计 (13)4.1 超声波换能器的选择 (13)4.2 超声波发射/接收电路 (13)4.2.1 超声波发射电路 (14)4.2.2 超声波接收电路 (15)4.2.3 采样保持电路 (18)4.2.4 电压比较电路的设计 (20)4.2.5 切换控制电路 (21)4.3 信号采集及控制电路 (21)4.3.1 从单片机的选取 (21)4.3.2 电路设计 (22)4.4 信号处理及人机接口电路 (22)4.4.1 主单片机系统方案 (22)4.4.2 数据存储电路 (24)4.4.3 键盘电路 (24)4.4.4 时钟电路 (25)4.4.5 液晶显示电路 (26)4.4.6 与从单片机通信接口 (27)4.4.7 与PC机通讯接口 (28)4.5 硬件抗干扰设计 (29)4.5.1 干扰的来源 (29)4.5.2 抗干扰措施 (30)5 时差法超声波流量计的软件设计 (31)5.1 主单片机软件设计 (31)5.2 从单片机部分软件设计 (32)5.2.1 从单片机软件流程图 (32)5.3 单片机软件抗干扰措施 (33)5.3.1 数据采集误差的软件对策 (33)5.3.2 控制状态失常的软件对策 (33)6 系统误差分析 (34)6.1 系统误差分析 (34)6.1.1 误差基本理论 (34)6.1.2 误差产生因素 (35)7 结论 (40)参考文献 (41)致谢 (43)1 绪论我国水资源相当匮乏，分布也不平横，随着国民经济的发展，我国水资源越来越珍贵，水的价格也越来越高，对水量的计量精度要求也越来越高，特别是对大型引水、城市供水等大流量计的计量，要求流量计的精度很高，因为很小的测量误差就会产生很大的流量误差，因此带来的直接经济利益是一个很可观的数目。
低流速超声波多普勒流量计的设计的开题报告
低流速超声波多普勒流量计的设计的开题报告一、选题背景与意义超声波多普勒流量计是一种常用的测量液体或气体流速的无损检测仪器，具有非接触式测量、高精度、大测量范围等优点，广泛应用于制造、化工、环保、医疗等领域。
然而，高速流体的测量需求仍然是一个挑战。
在实际应用中，低流速的流量计的测量范围较窄，同时在细小管道内的测量也较为困难，因此需要一种特别针对低流速测量场景的超声波多普勒流量计。
因此，本文将着重研究低流速超声波多普勒流量计的设计与实现，满足实际应用的需求。
二、研究内容1.低流速超声波多普勒流量计的基本原理和结构设计；2.低流速超声波多普勒流量计的信号处理算法和数据处理方法；3.低流速超声波多普勒流量计的实验设计和测试验证；4.对比分析低流速超声波多普勒流量计与高流速情况下的差异。
三、预期成果1.设计出一款低流速超声波多普勒流量计，具有宽测量范围、高精度和大实用性；2.研究得出一套适用于低流速超声波多普勒流量计的信号处理算法和数据处理方法，提高测量稳定性和准确度；3.通过实验设计和测试验证，得到该低流速超声波多普勒流量计的性能参数并进行对比分析。
以上成果预期可以为实际应用提供特定场景的超声波多普勒流量计解决方案，并且为其他类似测量仪器的研究提供借鉴和参考。
四、研究方法和技术路线1.研究方法：本研究采用实验研究和模拟仿真相结合的方法，结合文献调研和市场调研，通过理论分析和实验验证的方式探究低流速超声波多普勒流量计的设计方法和算法，不断优化系统设计，并最终验证性能参数。
2.技术路线：（1）文献调研和市场调研；（2）超声波多普勒流量计基本原理研究；（3）低流速超声波多普勒流量计的系统设计与实现；（4）探索低流速超声波多普勒流量计信号处理算法和数据处理方法；（5）实验设计和测试验证；（6）性能参数对比分析和数据可视化展示。
五、工作计划和进度安排1.文献调研和市场调研，搜集相关资料和产品，制定初步设计方案，预计2周内完成；2.超声波多普勒流量计基本原理研究，理论探讨和算法概念构建，预计3周内完成；3.低流速超声波多普勒流量计的系统设计与实现，包括电路设计、PCB设计、软件开发等工作，预计6周内完成；4.探索低流速超声波多普勒流量计信号处理算法和数据处理方法，设计可重复性实验，检测性能，预计4周内完成；5.实验设计和测试验证，调整并验证方案正确与否，预计4周内完成；6.性能参数对比分析和数据可视化展示，对数据进行分析，汇总成果展示，预计1周内完成。
基于TMS320F240的超声波流量计设计
图 １多普勒 Ｚ Ｚ效应 示意图
１超声波 多普 勒流 量计的设计原理
超声波多普勒 流量计 的测 量原 理是 以物 理学 中 的多普
超声 波束与管轴线夹角 ；
Ｃ 一流体 中声 速。
固体粒子又将超声波束散射给接收器 ， 由于它以 Ｕｃｓ ｏ ａ的 勒效应为基础 的。根据声学 多普 勒效应 ， 当声 源和观察 者之 速度离开接收器， 所以接收器收到的超声波频率 ，为 ： ３ 间有相对运动时 ， 观察者所感受到 的声 频率将不 同于声 源所
测量精度。
关键 字 ： 声波 ； 超 多普勒 ； 快速 傅立叶变换
中图分类号 ：Ｈ １ Ｔ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６２— ６ ｘ（ ０ ８ ０ ０ ２ ０ １７ ４４ ２ ０ ）２— ０ ０— ３
Ｔｈ ｓｇ ｆ Ｕｌｒ ｓ ｎ ｃ Ｄｏ ｐｌ ｒ Ｆｌ ｗｍ ｅ ｅ ｓ ｄ ｏ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｏ ｉ ｐ ｅ ｏ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ＴＭ Ｓ ２ Ｆ２ ０ ３０ ４
流体的流速 。
超声波流量计作为一种新 型的非接触式 流量计 ， 不仅安 装方便 ， 测试操作 简单 ， 修便 捷 ， 维 而且 由于是 非接 触测 量 ， 不会 象传 统流量计那样影 响被 测 流体 流速 。采 用 多普 勒法 的超声波 流量 计 ， 仅可 以进 行两 相流 的测量 ， 不 而且分 辨率 如图 １ ， 示 当超声 波束 在管 轴线上 遇 到一颗 固体 粒 子 ， 高， 对流速变化响应快 ， 对流体的压力 、 粘度 和温度 等因素不 该粒子 以速度 ｕ沿管 轴线运动 。对超声波 发射器而言 ， 该粒 敏感 ， 由于 精 度 较低 ， 应 用 受 到 很 大 影 响 。若 采 用 子 以速 度 ＵＣ 离去 ， 以粒子收到 的超声波频率 ， 但 其 Ｓ Ｏａ 所 ２为 ： Ｄ Ｐ处理器作为超声波多普勒 流量计 的核心测量 控制器 ， Ｓ 辅 ， ＝ １＋ ２ ，（ ） ｆ （ 一ＵＣＳ ） ＝ １ ＯＯ １ 以数字信号处理技术 ， 可使超声波 多普勒流 量计 的测量 精度 得到大 幅度 的提 高。 式 中， 一发射超声波的频率 ； 。
农田灌溉超声波多普勒流量计
农田灌溉超声波多普勒流量计一、产品和技术参数1.1 产品简介和工作原理本产品是在自然水域中测量水的流速、流量的传感器。
超声波多普勒流量计分为传感器、主机两部分。
传感器有两个换能器，一个发射，一个接收。
当传感器正对着水流方向，也就是逆流测量的前提下：1.水流静止情况下，接收到的频率跟发射频率一样。
2.流速越快，接收传感器接收到的频率越快，会高于发射的频率。
3.流速越慢，接收传感器接收到的频率越慢，但是会高于发射的频率。
当传感器顺着水流方向测量的前提下：1.水流静止情况下，接收到的频率跟发射频率一样。
2.流速越快，接收传感器接收到的频率越快，但是会低于发射的频率。
3.流速越慢，接收传感器接收到的频率越慢，但是会低于发射的频率。
从上面这个就可以通过硬件和软件计算出水流流速和水流方向。
型号：XIHU-FIELD IRRIGATION结构：分体式；测量种类：流速、流量、水深、水温防护等级：IP68用途：在线式测量流速范围：-1.00m/s～5.00m/s(最小水深：15cm)；测量分辨率：1mm/s；精度：测量流速的±2～3% ；水深测量：0.00m～10.00m；分辨率：2mm 精度：±0.5%；温度范围：0～60ººC；流量范围：1升/秒～99999999立方米/小时供电：电池供电，12VDC；输出信号(电池供电)：RS485，RS232；无线传输：低功耗GPRS无线数据传输和采集卡传感器和变送器之间电缆长度：10米；被测水道类型：管道，渠道，天然的溪流、河流；液体酸碱度要求：PH值在6～8之间，对传感器无腐蚀性。
液体温度要求：0～50℃液体压力要求：自然环境状态下，1个标准大气压其他：1.可以从服务器软件远程修改现场流量计的各种设置。
2.现场流量计可以上传所在位置。
配套软件：数据采集系统 1套低功耗GPRS无线数据采集和传输软件综合管理系统 1套低功耗GPRS无线数据采集服务器软件通电后，60秒钟后出来流速和流量。
超声波明渠流量计系统的设计方案
超声波明渠流量计系统的设计方案超声波明渠流量计是一种非接触式的流量计，用于测量明渠或河流中的水流速和水流量。
其工作原理是利用超声波传感器测量水流中的声速，并根据声速和水流截面积计算水流速和水流量。
下面是一个超声波明渠流量计系统的设计方案。
1.系统硬件设计-超声波传感器：选择合适的超声波传感器，通常使用多普勒效应测量声速。
-控制器：选择合适的控制器，用于接收超声波传感器的信号并进行数据处理和计算。
-显示器：选择合适的显示器，用于显示水流速和水流量的实时数据。
-电源：选择合适的电源，保证系统的正常供电。
-机械支架：设计合适的机械支架，用于安装超声波传感器，使其与水流平行。
2.系统软件设计-数据采集：编写程序，使控制器能够实时采集超声波传感器的信号数据。
-数据处理：设计合适的算法，对采集到的数据进行处理，计算出水流速和水流量。
-数据显示：编写程序，使得显示器能够实时显示水流速和水流量的计算结果。
3.系统校准和调试-校准过程中，需要进行已知流量下的实验，并记录传感器的输出值，根据实验数据进行校准曲线的拟合。
-在实际场景中，需要调试传感器的位置，确保其与水流的垂直距离和与水流的水平距离符合要求，以获得准确的测量结果。
4.系统安装和维护-安装时，应选择合适的位置安装超声波传感器，避免靠近水面或水流中的障碍物。
-定期检查和维护超声波传感器，清除传感器表面的污垢，以确保其正常工作。
-定期校准超声波传感器，以确保测量结果的准确性。
5.系统应用和优点-超声波明渠流量计适用于各种水流场合，如灌溉、水力发电等。
-超声波明渠流量计非接触式测量，不会对水流产生干扰和阻力。
-超声波明渠流量计测量结果准确，可实现实时监测。
-超声波明渠流量计结构简单、安装方便、维护成本低。
综上所述，超声波明渠流量计系统的设计方案包括硬件设计、软件设计、校准和调试、安装和维护等方面。
该系统具有广泛的应用领域和许多优点，可以提供准确的水流速和水流量测量结果。
基于多普勒效应法的超声波流量计的研究的开题报告
基于多普勒效应法的超声波流量计的研究的开题报告一、研究背景随着工业自动化程度不断提高，流量计的应用也越来越广泛。
其中，超声波流量计因其具有非接触、非侵入性、不易受介质污染等优点，已经广泛应用于石油化工、电力、水利、热力等领域。
其基本原理是利用超声波传播的速度与管道中流体的速度差异所引起的多普勒频移来测量流量。
因此，超声波流量计的精度、可靠性和稳定性对其应用效果至关重要。
二、研究目的本文旨在研究基于多普勒效应法的超声波流量计，并对其进行性能测试和优化。
具体研究目标包括：1. 分析多普勒效应测量原理，并进行建模和仿真。
2. 设计流量计硬件电路和信号处理算法。
3. 进行实验室性能测试，验证设计的可靠性和稳定性。
4. 对流量计进行性能优化，提高其精度和稳定性。
三、研究内容和方法1. 多普勒效应测量原理：本文将分析超声波在流体中传播时的多普勒效应，建立流速与频率变化关系的数学模型，并采用计算机仿真的方法验证其正确性。
2. 流量计设计：本文将设计超声波流量计硬件电路，包括发射器、接收器和处理器等部分，并根据多普勒频移原理，设计信号处理算法。
3. 实验室性能测试：本文将利用试验台对设计的流量计进行性能测试，包括精度、响应时间、可靠性和稳定性等指标。
4. 性能优化：根据实验结果，本文将对流量计进行性能优化，提高其精度和稳定性，包括调整参数、改善信噪比、优化滤波算法等。
四、预期成果本文预期实现基于多普勒效应法的超声波流量计设计和性能测试，验证其可靠性和稳定性，并对其进行性能优化。
预计可以得到以下成果：1. 建立流速与频率变化的数学模型，并验证其正确性。
2. 设计流量计硬件电路和信号处理算法，实现流量的测量。
3. 进行实验室性能测试，验证流量计的精度、响应时间、可靠性和稳定性等。
4. 对流量计进行性能优化，提高其精度和稳定性。
五、论文结构及进度安排本文拟分为五个部分：引言、理论分析、流量计设计、实验室性能测试、性能优化和总结。
超声波流量计的设计原理
超声波流量计的设计原理VSE流量计保养维护方法：1、启运流量计时，先缓慢打开流量计的进口阀，流量计及附属设备不渗不漏，再缓慢打开流量计的出口阀。
停运流量计时，先缓慢关闭流量计的进口阀，待计数器完全停止后，再缓慢关闭流量计的出口阀。
流量计的切换应先投用备用流量计，待备用流量计运行正常后，方可停运待停流量计。
2、每班检查表头油杯，假如不满应立刻加注，假如连续加注都无法保证油杯保持满的状态，应检查是否注油管脱落。
3、每月对流量计的出轴密封加注甘油，每次加注30ml。
4、至少每半年对过滤器进行一次检查、清洗，当过滤器前后压差超出规定范围时，应适时清洗过滤器，如滤网损坏则应更换。
5、每年对流量计表头齿轮传动部分进行一次彻底清洗、检查、润滑。
6、对于停用的流量计及连接管线，必须实行定期活动设备、扫线或其它防护措施防止凝管事故发生。
7、闲置的流量计应用轻质润滑油冲洗后存放。
8、当原油的管输温度变更超出5℃时，应对流量计进行自检，重新确定流量计系数。
9、流量计运行时，应调整流量计的出口调整阀，保持流量计在铭牌规定的流量和压力范围内运行，正常的流量范围为zui大流量的30%70%。
流量计允许的过载本领是20%，但不得超出30分钟。
超声波流量计的设计原理超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波自身速度的几何和的原理而设计的。
它也是由测流速来反映流量大小的。
超声波流量计虽然在70时代才显现，但由于它可以制成非接触型式，并可与超声波水位计联动进行开口流量测量，对流体又不产生扰动和阻力，所以很受欢。
超声波流量计按测量原理分可分为时差式和多普勒式利用时差式原理制造的时差式超声流量计近年来得到广泛的关注和使用，是目前企事业使用多的一种超声波流量计。
利用多普勒效应制造的超声多普勒流量计多用于测量介质有肯定的悬浮颗粒或气泡介质，使用有肯定的局限性，但却解决了时差式超声波流量计只能测量单一清亮流体的问题，也被认为是非接触测量双相流的理想仪表。
基于超声波传感器的水流量计的设计学士学位论文
摘要目前，我国家庭用水的计量多采用机械旋翼式水表，这种水表存在精度低等缺点。
本文设计了一种基于超声波技术的适合家用的水流量计，具有精度高、操作简单、低成本等优点。
本设计的主要工作有两个方面：一是硬件设计，二是软件设计。
硬件设计系统选用了高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2用于时间测量，以及控制发射脉冲，以超低功耗的MSP430F427单片机作为系统的核心，用于控制及计算处理。
结合超声流量计阀值比较模型和超声波信号过零点不受其电压幅度变化影响的优点，提出了过零阀值比较模型，阀值比较模型可以有效去除接收换能器接收到超声波信号之前的干扰信号，而超声波过零点不随其电压幅度变化而变化，结合两者的优点可以有效抑制静态时间差变化很大的范围。
同时设计了脉冲计数电路，消除了部分干扰。
采用GP2通过芯片，与传统的高速计数器相比，具有极高的精度，并可以在1MHz的频率下完成电路，避免了高频电路的干扰等复杂问题，有效提高流量计测量精度和稳定性。
在设计软件时，为提高时间测量精度，消除干扰，设置了有效时间区间，无效时间，减少了干扰的影响。
为降低功耗，间断性关断放大器电源，节省了电池电量，延长了更换电池的周期。
关键词：时差式超声波流量计；低功耗；精度；MSPAbstractAt present, most household water flow meters in our country is Mechanical rotor-type, but this type of water meters low accuracy existing shortcomings. This paper introduces a design of ultrasonic technology based on suitable for household water flow meter, with high precision, simple operation, low cost, etc. This design main job has two aspects: one is the hardware design, and the second is the design of software. Hardware design systems use the high precision time-interval measurement chip TDC for measuring time-GP2, and control the firing pulse, with low power consumption of MSP430F427 single chip microcomputer as the core of the system to control and calculation processing. Combining ultrasound flow meter threshold is model and the ultrasonic signal zero from its voltage amplitude change the advantages of influence, and puts forward the zero threshold is model, threshold model can effectively remove is receiving receivers ultrasonic signal to the disturbance signal before, and with the ultrasonic zero voltage amplitude variation and change, combined with the advantages of both static time difference can effectively restrain the scope of the big changes. At the same time the pulse counts circuit design, eliminate some of the interference. GP2 use internal propagation delays of signals through gates to measure propagation time of system. The GP2 through the chip, and traditional high-speed counter, it is characterized by high precision, and can be in 1 MHz frequency complete circuit, to avoid the interference of high frequency circuit complex problems, effectively improve the flow meter measurement accuracy and stability. In the design software, to improve the time the measurement precision, eliminate interference, set up effective time interval, invalid time and reducing the effects of theinterference. To reduce power consumption, intermittent shut off the power amplifier, save the battery power, extended the replacement battery cycle.Keywords: ultrasonic flow-meter with time difference method; low power; measurement precision; MSP430毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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ｇｒｅａｔｌｙ ｕｐｇｒａｄｅｄ．Ｔｈ ｅ ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＤＤＳ ｃｈｉｐ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈａｒｄｗａ ｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇ ｎ ａ ｌ ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ— ｓｈｉｆｔｅｄ ｓｉｇｎ ａｌ ｗａｓ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｅｄ １０ ｋＨｚ ｕｓｉｎｇ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔ ｈｅ ｓｔａ ｂ ｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｓｈｉｆｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｐｒ ｏｃｅｓｓｉｎｇ。Ｆ兀 １ Ｗａ ｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔＯ ａｎａｌｙｚｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｓｈｉｆｔｅｄ ｓｉｇ ｎ ａ ｌ ｆｒｏｍ ＳＴＭ３２Ｆ４，ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆ ｌｏｗ ｍｅａ ｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ｍａｔｌａ ｂ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔ Ｏ ａｎａｌｙｚｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｈｉｆｔ ｓｉｇｎａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｔｏ ｇｅｔ ｉｔｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｎｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ ｓｏｎｉｃ；Ｄｏｐｐｌｅｒ；Ｆ ；ＤＤＳ
因此根据对接收到 的超声波信号进 行分析计算 ，就 可以得 到流 有相对运动时 。观测 者接 收到 的频 率和 声源发 出的频率 是不
摘要 ：针 对传统的超声波 多普勒流量计存在 的精度低 、稳定度 差、动 态响应慢 的问题 ，研制 了一种新 型的超 声波 多普 勒流量计 。硬件部分 主要设计 了超 声波换能器的发射与接 收 电路、功 率放 大与滤波 电路 、混频 电路 以及 ＳＴＭ３２Ｆ４及 其外 围器件 。采 用 ＳＴＭ３２Ｆ４作 为超 声波多普勒 流量计的主控 芯 片，ＳＴＭ３２Ｆ４采 用 Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ４内核 ，其 内置硬件 ＦＰｕ单元 ，在 数字信号处理方 面还增加 了 ＤＳＰ指令 集 ，使得它在数 字信 号处理 方面的能 力得到 大大的提 升。在 硬件 电路 中选 用高精 度 的 ＤＤＳ芯片产生基准信号来驱动超 声波换 能器。在频移信 号处理 方面 ，采 用中频解调技术将频移信 号解调到 １０ ｋＨｚ， 提 高了系统 测量 的稳 定度 以及 对流速变化的响应速度。运用快速傅里 叶变换算 法（Ｆｒｒ）对 ＳＴＭ３２Ｆ４采集到 的频移 信号 进行频谱分析 。有效地提 高 了超 声波流量 测量 系统的精度 ，并 以 ｍａｔｌａｂ为 分析 工具对采集到 的多普勒频移信 号进行 频谱 分析 ，从 而得 到其频率的变化。 关键词 ：超声波 ；多普勒 ；ＦＦＩ’；ＤＤＳ 中图分类号 ：ＴＰ９３４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００２－１８４１（２０１６）０３－００４１—０３
０Байду номын сангаас引言
１ 超声 波多普勒流量计 的测量原理
随着超声波 技术 研究 的不 断深 入 ，其 应用 变 得越 来 越 广
多普勒效应是奥地 利物 理学家 克里斯 ·约翰 ·多普 勒 于
泛 ，当超声波在 流体媒 介中传播时 ，会 携带流体 流速等信 息ｕ Ｊ， １８４２年首先提出的理论 。其主要 内容是 当声 源和观测 者之 间
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｆｌｏｗｍ ｅｔｅｒ
ＴＵ Ｘｉａｏ－ｌｉ ，ＹＡＮＧ Ｄａｏ—ｙｅ ，ＣＨＥＮ Ｊｉｎｇ （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓａｎｊｉｎｇ ２１１８１６，Ｃｈｉｎａ；
２０１６
第 ３期
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２０１６ Ｎｏ．３
超 声 波 多普 勒流 量 计 的设 计
涂 晓立 ，杨 道 业 ，陈 静 （１．南京工业大 学电气工程与控制科学学院 。江苏南京 ２１１８１６；２．江 苏省信息 中心 ，江苏南京 ２１００９６）
２．Ｉｎｆｏｒｍａｔ ｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｏｐｐｌｅｒ ｆ ｌｏｗｍｅｔｅｒ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｌｏｗ，ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｐｏｏｒ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｉｓ ｓｌｏｗ，ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｈａｒｄｗａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔ ｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｔｒａｎｓ－ ｍｉｕｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｍｉｘｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ，ＳＴＭ３２Ｆ４ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｐｅｒｉｐｈｅｒａ ｌ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｒ ｏ ｕｇｈ ａｄｏｐ— ｔｉｎｇ ＳＴＭ３２Ｆ４ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｈｉｐ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｌｏ ｗｍｅｔｅｒ，Ｃｏｒ ｔｅｘ—Ｍ４ ｃｏｒｅ ｗａ￥ｕｓｅｄ ｉｎ ＳＴＭ３２Ｆ４ ａｎｄ ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ＦＰＵ ｕｎｉｔ