基于相關(guān)法的豎管內(nèi)置式超聲流量測量設(shè)計
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式(7)中T為測量時間；τ為延遲時間。
由發(fā)射信號和接收信號做相關(guān)，可以測得傳輸時間。超聲波換能器發(fā)出一個調(diào)制信號x(t)，超聲波換能器收到一個信號y(t)，理論上信號y(t)是信號x(t)的一個延時信號，兩個信號的波形相似，只是在時間軸上有時間間隔△t=t2-t1的兩組信號。波形圖如2所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/193664.htm
當(dāng)延時τ≠△t時，Rxy(τ)值很?。划?dāng)τ=△t時，兩信號重合，Rxy(τ)達(dá)到最大值，波形圖如3所示。
相關(guān)函數(shù)從時域上描述了兩個信號在不同時刻的相互依賴關(guān)系，其峰值對應(yīng)了兩個信號最相似的時刻。計算x(t)和y(t)的相關(guān)函數(shù)，就是在不同延時值下比較兩個波形的相似程度，得到相關(guān)函數(shù)Rxy(τ)的圖形，圖形峰值位置所對應(yīng)的時間就是兩波形的延時時間△t。
2 硬件設(shè)計
2．1 系統(tǒng)硬件的整體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)由FPGA、發(fā)射電路、切換電路、接收放大電路、濾波電路、采樣單元電路等幾部分構(gòu)成。超聲波換能器A、B在FPGA的控制下，輪流工作在發(fā)射與接收狀態(tài)。接收信號經(jīng)過接收放大、選頻放大濾除了部分干擾信號，再送往采樣單元，整個過程的時序控制都由FPGA實現(xiàn)。通過對發(fā)射和接收的波形采樣后做相關(guān)，便得出流體順流和逆流的時間差，從而求出流體的流速。
2．2 發(fā)射電路
發(fā)射電路如圖5所示采用電感儲能方式產(chǎn)生高壓脈沖來驅(qū)動超聲波探頭，驅(qū)動信號由FPGA發(fā)出，發(fā)出信號經(jīng)過6N137進(jìn)行電氣隔離，信號進(jìn)入TPS2811。TPS2811是高速MOSFET驅(qū)動器。輸出端接在場效應(yīng)管的柵極，控制場效應(yīng)管的開關(guān)。場效應(yīng)管漏極接連一個電感，電感一端連在直流電源。場效應(yīng)管源極接一個電阻接地。
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