用時差法檢測液壓系統(tǒng)流量

其工作流程如下：通過單片機的P2端口使CPLD工作。由PULSE子模塊發(fā)送特定脈沖信號驅(qū)動超聲波換能器，CPLD在發(fā)射脈沖的同時CNT子模塊開始計時，接收放大電路接收信號并經(jīng)過零比較后，向CPLD的PULSE_ACT口提供停止計時的高電平信號。然后CPLD就將CNT中計時的16位數(shù)據(jù)以8位的形式通過SEL_2,TRIBUFFER再通過P0口上傳給單片機。由單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，最后上傳或直接顯示數(shù)據(jù)目。

3.2 CPLD中關(guān)鍵子模塊的功能仿真

由于檢測系統(tǒng)要求準確的驅(qū)動脈沖和精確的順逆流時間，因此PULSE和CNT兩個子模塊成為設(shè)計的關(guān)鍵模塊。這2個模塊設(shè)計的好壞直接影響整個系統(tǒng)性能，功能仿真和驗證設(shè)計的可行性。

3.2.1 PULSE子模塊仿真

根據(jù)頻譜分析，驅(qū)動脈沖寬度與傳感器頻率之間存在最佳關(guān)系式，當(dāng)脈沖寬度滿足該關(guān)系式時，接收傳感器的接收信號質(zhì)量最佳。該設(shè)計采用2.5 MHz的超聲換能器，經(jīng)計算驅(qū)動脈沖最佳為600 ns.CPLD控制信號可以達到納秒級的控制精度。因此可產(chǎn)生控制信號，既克服了模擬器件抗干擾性差的缺點。CPLD產(chǎn)生控制信號再經(jīng)光電隔離進入驅(qū)動電路。從而控制150 V高壓驅(qū)動超聲發(fā)射傳感器，驅(qū)動信號采用單脈沖驅(qū)動，如圖3所示，EMP240T100C5N用100 MHz時鐘晶體振蕩器發(fā)送600 ns驅(qū)動脈沖信號。

3.2.2 CNT子模塊仿真

超聲波測流量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是對超聲波在順流和逆流這兩種情況下的準確的計時。計時越精確所得時間差越準確，有利于后續(xù)流速和流量的計算。由于超聲波的頻率為2.5 MHz,所以需要計時器的工作頻率與之相適應(yīng)。該系統(tǒng)設(shè)計的CPLD采用100 MHz的有源晶體振蕩器，時鐘周期達到10 ns.計時原理為：當(dāng)CPLD從開始發(fā)送脈沖信號時開始計數(shù)，當(dāng)接收到脈沖信號時停止計數(shù)。通過換算，將CPLD所計的數(shù)值換算成超聲波在液體中所用時間，從而實現(xiàn)計時功能，如圖4所示。

4 結(jié)語

通過對關(guān)鍵子系統(tǒng)的功能仿真，可以看出CPLD關(guān)鍵子系統(tǒng)的設(shè)計滿足整體設(shè)計的性能要求。在實際應(yīng)用中CPLD也可以滿足其設(shè)計要求。該超聲波液壓流量檢測系統(tǒng)具有精度高，反應(yīng)快，抗干擾能力強的功能。適用于較惡劣的環(huán)境，同時也便于診斷液壓系統(tǒng)故障。