超声波流量计系统的探讨   二

2 系统方案

2.1 整体方案

该系统可分为以下几个模块：

TMS320F28335 最小系统板，超声波信号发射和接收模块，收发切换模块，高速数据采集模块和人机接口模块。

该系统的工作流程如下：

1) 由F28335 发射脉冲信号，经发射电路放大缓冲后，驱动超声换能器发送超声波；

2) 另一换能器接收超声波信号，经接收电路放大后送到ADS805 进行数据转换；同时，

F28335 启动DMA，读取ADS805 的转换结果，当DMA 读取完一帧数据后，触发中断；

3) 在中断中，通过切换电路切换两个换能器的收发，采集另一流向的数据并存储；

4) 当两个流向的数据都接收存储完毕后，对两组数据做信号处理运算，包括广义互相关计算，峰值检测，得到流量值，并送液晶模块显示。

2.2 时差法测量原理

时差法超声波流量计的原理如图2.2 所示。将两个超声换能器T1、T2 分别安装在管道外侧，既可作为发射换能器又能作为接收换能器。换能器T1 和T2 之间距离为S ，F28335发出脉冲信号，经调理后驱动超声换能器发出超声波，以θ 角斜射进入管道。当T1 作为发射换能器，T2 作为接收换能器时，超声波是顺流传播，其传播时间小于T2 发射，T1 接收时的逆流传播时间。测量中两个换能器轮流作为发射器和接收器，连续测得顺、逆流两个方向传播的超声波信号。

由以上推导可以看出，流体流量与时差Δt 成正比，在已知声速c 、超声波传播距离L条件下，如果精确测得时差Δt ，即可由式(2.4)得到流速，进而可以计算出流量。

2.3 广义互相关算法

互相关计算在信号的时延估计中一直被广泛应用，两个信号之间的相关性是指信号波形的相似性。对两路信号进行互相关函数计算，算出两路信号最相似时所对应的时间，即互相关函数的峰值点所对应的时间，就是所求时差τ 。但是由于采样中噪声和其它干扰源的影响，容易出现多峰现象，即相关峰被噪声峰淹没。所以，为了消除这些干扰常采用广义互相关（Generalized Cross-Correlation，GCC）算法求两路信号的时差，使得相关峰更尖锐，减小噪声影响。

超声波流量计