TDC_GP2高精度时间测量芯片在时差法超声波流量计中的应用

万方数据
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２００９年第１期仪表技术·６１·
从图４超声波接收波形来看，可以得到起振以后正弦波个数，各个正弦波的大致起止时间ｒ。

一ｒ。

，ｒ。

，一ｒ。

：。

ｙ。

和矿。

确定了接收波形的峰值范围，以此来确定两次收发过程波形的一致性，这给判断该次测量的可靠性提供依据。

根据两次过零点波形，分别对两次过比较阈值点时间的可靠性进行判断，确定ｒ．，～乙、瓦。

一叱各自对应过零点的位置。

在过零点波形分析中，要考虑在过零点处可能存在的噪声干扰引起的误触发波形。

根据第一个有效波形的上升过程和下降过程中两个比较阈值计算出的时间Ｌ。

，ｒ。

，％，ｒ。

：可以推算出对应正弦波的表达式Ｖ＝ａｓｉｎ（２矽＋９）。

求解出ｙ＝０时的时间便是所求的过零点疋．的值。

控制发送换能器反向发射超声波，同样也是发射相同的波形２次，根据以上的过程再做一次，求出在反向发射超声波时接收波在相同位置过零点的时间ｒ出的值。

ｒ。

一ｒ：。

的绝对值便是正反向超声波的时间差。

根据公式秒＝｝寻·÷笔便可以求出流体的流速，乘
ｓｌｎ，￡仃
上管道截面积就能算出流量了，公式为：
ｑ。

＝∥·Ａ＝１ｒ·Ｄ２／４·秽＝Ｋ·砂
式子中Ａ为管径节面积；Ｖ为流体流速；ｑ，为体积流量；Ｄ为管道内径。

４结束语
超声波时间测量是超声波流量计当中的一个很重要的环节，因为超声波顺流和逆流的时差十分微小，测量时间的精度要求很高，测量时间的精度又直接影响到了流量计的精度，因此时间间隔测量在整个超声波流量计系统中占有非常重要的地位。

ＴＤＣ—ＧＰ２是一款高精度的时间测量芯片，它具有６５ｐｓ量级的时间间隔测量精度。

在超声波流量计时间测量系统中运用ＴＤＣ—ＧＰ２大大提高了超声波流量计的测量精度。

本文为实现ＴＤＣ—ＧＰ２在超声波流量计时间测量中的应用提供了一个技术方案，在实际流量测量中，还存在流量管道气泡杂质等影响，从而影响流量测量的精度，这是有待改进的。

参考文献：
［１］黄永峰．时差式超声流量计新测量方法的设计与实现［Ｄ］．哈尔滨工程大学，２００７．
［２］党瑞荣，石浩亮，杨灏．基于ＴＭＳ３２０ＶＣ３３和ＴＤＣ—ＧＰ２的流量测量电路设计［Ｊ］．石油仪器，２００７，（６）．
［３］潘琢金．Ｃ８０５ｌＦ４１０／１／２／３混合信号ＩＳＰＦＬＡＳＨ微控制器数据手册［ｚ］．２００６．
［４］ＡＣＡＭ．ＴＤＣ—ＧＰ２（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ２ＣｈａｎｎｅｌＴｉｍｅ—ｔｏ—ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎ·ｖｅｒｔｅｒ）［ｚ］．２００６．
［５］仲峰，万莉萍，岳宇．高精度时间测量芯片ＴＤＣ—ＧＰ２在激光测距中的应用［Ｊ】．工业控制计算机，２００７，（４）．
（丁云编发）
（上接第５２页）
图中ｉｍｏｕｔｌ为输出数据的整数部分，ｉｍｏｕｔ２为小数部分（小数部分位长为５，将仿真结果除以３２即为仿真结果小数值）。

仿真结果说明，ＦＰＧＡ运算结果略小于Ｍａｔｌａｂ计算值，最大误差不超过０．２。

采用主流的ＦＰＧＡ器件ＡＬＴＥＲＡ公司的ＳｔｒａｔｉｘＩＩ系列器件ＥＰ２Ｓ１５Ｆ４８４Ｃ３进行综合仿真。

资源占用率为：
ＴｏｔａｌＡＬＵＴｓ：８８１４／１２４８０（７１％）；
Ｔｏｔａｌｒｅｇｉｓｔｅｒｓ：６４３７；
Ｔｏｔａｌｍｅｍｏｒｙｂｉｔｓ：２６６２４０／
４１９３２８（６３％）；
ＤＳＰｂｌｏｃｋ９－ｂｉｔｅｌｅｍｅｎｔｓ：
４８／９６（５０％）；
，导妻壬竺挈兰为：三７：１４ＭＨｚ＇图６时序分析结果时序分析结果如图６所示。

５总结
本文设计了一种采用ＦＰＧＡ器件实现二维小波分析算法的方法。

仿真结果表明这种方法可以满足实时信号处理的要求，可以处理任意大小的二维数据。

因有限字长效应，运算结果中有较小的误差，如系统对计算精度要求更高，可以适当增加中间数据的位长。

如果选用集成度更高的器件该算法所占器件的资源比例将更低（选用ＥＰ２Ｓ１８０Ｆ１５０８Ｃ３综合时算术逻辑单元ＡＬＵＴ的使用率为６％），此方法设计可以实现更为复杂的多维小波分解及重构算法。

参考文献：
［１］裴红周，陈炜，毛士艺．基于小波分解的融合图像评价方法［Ｊ］，信号处理，２００６，２（２）．
［２］王延平，刘炽，尹亮．小波变换的ＦＰＧＡ实现［Ｊ］．中国图像图形学报，１９９７，２（２）．
［３］黄本雄，段善维，胡海．图像小波分解的ＦＰＧＡ实现［Ｊ］．计算机工程与科学，２００５，２７（３）．
［４］王丽荣．申铉国，王荣芳，等，基于ＦＰＧＡ的多用途提升小波变换核［Ｊ］．吉林大学学报（工业版），２００４，３（３４）．［５］姚天任，孙洪．现代信号处理［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社，１９９９．
（许雪军编发）　万方数据
TDC_GP2高精度时间测量芯片在时差法超声波流量计中的应用
作者：吴元良， 姚骏， 李斌， WU Yuan-liang， YAO Jun， LI Bin
作者单位：上海大学,机电工程与自动化学院,上海,200072
刊名：
仪表技术
英文刊名：INSTRUMENTATION TECHNOLOGY
年，卷(期)：2009(1)
被引用次数：1次
1.仲峰;万莉萍;岳宇高精度时间测量芯片TDC-GP2在激光测距中的应用[期刊论文]-工业控制计算机 2007(04)
2.ACAM TDC-GP2(Universal 2 Channel Time-to-Digital Converter) 2006
3.潘琢金C8051F410/1/2/3混合信号ISP FLASH微控制器数据手册 2006
4.党瑞荣;石浩亮;杨灏基于TMS320VC33和TDC-GP2的流量测量电路设计[期刊论文]-石油仪器 2007(06)
5.黄永峰时差式超声流量计新测量方法的设计与实现 2007
1.李国洪.盛立.刘丽娜基于MSP430F447的超声波流量计的设计及实现[期刊论文]-声学技术 2010(3)
本文链接：/Periodical_ybjs200901023.aspx。