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基于超声波流量计的换能器谐振频率测试.pdf
64 仪器仪表用户 INSTRUMENTATION 第22卷
器的采样值 (最大值 ),最大值就是接收端换能器在接收
到发射端换能器的驱动信号后 ,产生压电效应,感应出一
定峰值的正弦波信号包络 ,包络中正弦波峰值最大的点即
为AD转换器采样最大值。接收的正弦波包络如图。并传
输给DSP,即可知道在该驱动频率下的接收端信号强度 J。
目前 ,超声波流量计产品的换能器驱动频率都是固定
频率 ,并不是超声波换能器的谐振频率,在同等发射功率上,
不能发挥超声波换能器最好的效果 J。本系统针对该问题
进行创新,在不增加超声波流量计任何硬件资源的情况下,
通过软件优化和已有硬件的紧密结合,自动测试换能器的
图2时差法测流速示意图
谐振频率,并将该频率信息写入EE外部存储器,作为驱 Fig.2 Sketchofmeasuringvelocitywithtime
differencemethod
动频率常数使用。
要解决的问题: 速就与时间差 t成正比,测量 t即可得到流速,进而求
在本系统中现阶段要解决的主要问题是采用顺序方法 得流量 。
输出测试频率 ,每次谐振测试的时间较长,以后 ,通过采
3硬件 电路说明
用二分法进行频率输出可以解决该问题 .
顺序方法即以一定的增量顺序增加驱动频率值,本系
统中以800kHz频率开始 ,每次测量增加 10kHz,依次顺
序为810、820、830…直至 1200kHz,上述频率下接受信
号的最大值所对应的频率点即为谐振频率点。
二分法利用驱动频率变化时只有一个接收信号最大
值,在确认最低频率 (800kHz)和最大频率 (1200kHz)
后,选择这两个频率的平均值即f800+1200)2/=1000kHz,
比较最低频率点和最大频率点与 1000kHz的频率平均
值对应接 收端信号值 ,即 比较 (800+1000)2/=900和
(1200+1000)/2=1100接收信号值 ,如果 900kHz频率点接
收信号强度 值大于 1100信号强度值 ,那么即以最小值
800和最大值 1000作为新 的频率起止点,比较 850kHz
(800+(800+1000)/2)/2,频率和950kHz(1000+(800+1000)
图3DSP电路
/2)/2频率点对应的接收信号峰值,直至达到接收信号强 Fig.3DSPcircuit
度最大的频率点即为谐振点。否则以最小值 1000和最大值
如图3所示为本系统DSP控制电路 ,DSP选择公司的
1200作为新的频率起止点。采用二分法可以大大缩短查找
TMS320F28335。该芯片具有高处理速度 ,低功耗,并且具
时间_4J^
有强大的浮点数运算能力。本系统中DSP向FPGA发送控
2 超声波流量测量原理说明 制命令,FPGA根据控制命令的不同输出不同幅值的驱动
波形 ,经功率放大后驱动发射端超声波换能器,同时读取
下面结合附图和实例对本系统进一步说明。
FPGA采样 AD转换器数值 ,得出顺流和逆流超声波传输时
图2所示为超声波流量计时差法测流速的示意图,从
间差,由此计算流速。
换能器 1开始发送脉冲到换能器
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