摘 要

Abstract 2

第一章 绪论 3

1.1本课题研究的目的与意义 3

1.2 超声波流量计的国内外研究现状 4

1.2.1差压式流量计 4

1.2.2浮子流量计 4

1.2.3容积式流量计 4

1.3本文研究的主要工作 5

第二章 超声波流量计的分类和实现原理介绍 6

2.1 分类和基本原理 6

2.2传播时间法 6

第三章 硬件设计 9

3.1系统设计总述 9

3.2 电源及复位电路的设计 10

3.2.1 电源电路的设计 11

3.2.2 复位电路设计 12

3.3超声波的发射与接收 13

3.4数据采集 14

3.5人机接口 16

3.6通信接口 18

3.7外部存储 20

3.8 DSP控制 21

第四章 软件设计 24

4.1系统初始化 24

4.1.1 初始化程序 24

4.1.2 中断向量表重定位 25

4.2 数据采集 25

4.2.1 系统主程序 26

4.2.2采样定时及时序 27

4.2.3 采样流程 28

4.3 数据处理 28

4.3.1 傅里叶变换 28

4.3.2 小波变换 30

4.3.3 突变点的识别 31

4.3.4 数据处理方法 32

第五章 误差分析与处理 36

5.1 误差概述 36

5.1.1 误差的主要来源 36

5.1.2 误差处理 36

5.2 误差分析 37

5.2.1 测控系统的非线性化 37

5.2.2 系统的噪声 38

5.2.3 系统的稳定性 38

5.3 误差处理 38

5.3.1 实测数据分析 38

5.3.2 整机PCB板设计 39

第六章 总结与展望 40

6.1 总结 40

6.2 展望 40

参考文献 41

致谢 43

摘 要

超声波流量计是一种通过检测流体流动对超声脉冲的作用以测量流量的仪表，它采用了先进的多脉冲计数、信号数字化处理技术及纠错技术，以使用方便、经济、高精度等特点在冶金、化工、电力、石油、水资源等领域有着广泛的应用，系统的测量精度是其关键的参数。

本文首先简述了超声波测量技术的发展历程和现状，对比了超声波流量计于其它流量计的不同，分析了时差法超声波流量计的实现原理。在超声波发射和接收方面，本系统采用了两个探头进行发射和接收的切换。

本文研制的时差法气体超声波流量计，包括流量计硬件电子线路和软件设计。

系统硬件包括电源及复位电路、超声波发射与接收电路、数据采集电路、DSP控制电路、人机接口电路以及与主机通信电路。以DSP为核心进行控制，实现超声波信号采集、数字信号处理等功能。系统软件实现了超声波信号的发射控制和数据接收，运用小波理论对超声波信号进行处理。时差法超声波流量计的关键在于确定超声波信号从发射时刻开始到达接收传感器的时间。本文在深入研究小波理论的基础上提出一种新的到达时间识别方法。该方法将小波变换与希尔伯特变换结合起来，运用小波对信号突变点的识别优势，识别出声波信号到达时间点。

本文最后阐述了系统误差的概念、来源、分类以及处理方法，并分别从信号数据采集、数据处理和模数转换模块的设计这几方面对仪器的误差处理作了详细的论述。

超声波流量计的设计顺应了空气流量计国产化的发展趋势，在精度、功耗、抗干扰等各方面都有着很大的优势，具有广泛的前景。

关键词：气体超声波流量计，时差法，DSP，小波变换，希尔伯特变换

Abstract

The ultrasonic flow meter is an instrument used to measure the flow by detecting the role of the fluid flow to ultrasonic pulses .It uses an advanced multi-pulse counting, digital signal processing and the technology of error correction. The ultrasonic flow meter has great advantages in convenience, economy and so on, which plays a key role in metallurgy, chemistry, electric power, petroleum, water resources and so on. The key parameter of the ultrasonic flow meter is the accuracy of measurement.

In this paper，the history and present condition of the ultrasonic flow meter has been briefly introduced first, then we compared the gap between the ultrasonic flow meter and other flow meter. We also analyzed the principle of transmit time difference method. On the aspect of ultrasonic wave transmit and receive, we use two probes to realize the switching between transmitting and receiving mode.

A gas ultrasonic flow meter with transit-time difference measurement has been designed, including the design of the hardware and software.

The hardware system include power and reset circuit, ultrasonic transmitting and receiving circuits, data acquisition circuit, DSP control circuit, the man-machine interface circuit and the circuit communicating with the host. DSP is the core of hardware，which controls the whole system to realize sampling of ultrasonic signal, processing of signal data, etc. The transmission and receiving of ultrasonic signal are controlled by software, and the recognition of arrived-time is based on wavelet theory. The key to transit-time difference method lies in the determination of arrived-time. In this paper, a new recognition method has formed based on wavelet, which combines the wavelet transform and Hilbert transform, takes the advantage of wavelet in singularity recognition to calculate the arrived-time.

In the end, this dissertation expounds the conception, source, classification and the method of the error disposal, furthermore, the error disposal is illuminated in the aspects of each module.