超聲波流量計系統的探討   二

2 系統方案

2.1 整體方案

該系統可分為以下幾個模塊：

TMS320F28335 最小系統板，超聲波信號發射和接收模塊，收發切換模塊，高速數據采集模塊和人機接口模塊。

該系統的工作流程如下：

1) 由F28335 發射脈沖信號，經發射電路放大緩沖后，驅動超聲換能器發送超聲波；

2) 另一換能器接收超聲波信號，經接收電路放大后送到ADS805 進行數據轉換；同時，

F28335 啟動DMA，讀取ADS805 的轉換結果，當DMA 讀取完一幀數據后，觸發中斷；

3) 在中斷中，通過切換電路切換兩個換能器的收發，采集另一流向的數據并存儲；

4) 當兩個流向的數據都接收存儲完畢后，對兩組數據做信號處理運算，包括廣義互相關計算，峰值檢測，得到流量值，并送液晶模塊顯示。

2.2 時差法測量原理

時差法超聲波流量計的原理如圖2.2 所示。將兩個超聲換能器T1、T2 分別安裝在管道外側，既可作為發射換能器又能作為接收換能器。換能器T1 和T2 之間距離為S ，F28335發出脈沖信號，經調理后驅動超聲換能器發出超聲波，以θ 角斜射進入管道。當T1 作為發射換能器，T2 作為接收換能器時，超聲波是順流傳播，其傳播時間小于T2 發射，T1 接收時的逆流傳播時間。測量中兩個換能器輪流作為發射器和接收器，連續測得順、逆流兩個方向傳播的超聲波信號。

由以上推導可以看出，流體流量與時差Δt 成正比，在已知聲速c 、超聲波傳播距離L條件下，如果精確測得時差Δt ，即可由式(2.4)得到流速，進而可以計算出流量。

2.3 廣義互相關算法

互相關計算在信號的時延估計中一直被廣泛應用，兩個信號之間的相關性是指信號波形的相似性。對兩路信號進行互相關函數計算，算出兩路信號最相似時所對應的時間，即互相關函數的峰值點所對應的時間，就是所求時差τ 。但是由于采樣中噪聲和其它干擾源的影響，容易出現多峰現象，即相關峰被噪聲峰淹沒。所以，為了消除這些干擾常采用廣義互相關（Generalized Cross-Correlation，GCC）算法求兩路信號的時差，使得相關峰更尖銳，減小噪聲影響。

超聲波流量計