基于TMS320F2812 DSP的数字涡街流量计的研究

论文摘要

涡街流量计因其介质适应性强,无可动部件,结构简单、可靠性高、压力损失小、使用寿命长等诸多优点,在许多行业得到了广泛的应用,具有良好的发展形势。而在低流速和管道振动的情况下,涡街测量就凸显出了它的不足,涡街信号的信噪比很低,有用信号几乎被噪声淹没。国内外许多学者及研究机构对涡街流量计的研究也主要是针对如何解决其低流速测量和振动噪声干扰下的测量问题。鉴于涡街流量计存在的不足,本课题组研究成功了基于MSP430单片机和DSP双核处理系统的脉冲输出型数字涡街流量计,有效地解决了低流速测量问题。本课题借鉴了前人的研究成果,在低流速测量和管道振动干扰下的测量两方面均做出了努力,研究并成功地设计了一台基于TMS320F2812 DSP的数字涡街流量计。本论文主要完成了以下工作:1、改进了前人双核设计的思路,设计了基于TMS320F2812 DSP的数字涡街流量计的总体方案,采用双通道处理的方式,将低流量下数字信号处理的频谱分析功能和正常流量范围内智能涡街的计频功能有机地结合起来,由DSP独立完成。2、应用振动台模拟管道振动,对管道振动条件下的涡街流量计的测量进行了研究,根据涡街信号的特点,提出了采用数字陷波频域算法的处理方法,并将其应用于本课题设计的数字涡街流量计中。下述实验证明了本论文设计工作的可行性:1、通过在天津大学过程检测和控制实验室的水流量实验装置以及气体实验装置上进行的实验研究,表明本课题设计的数字涡街流量计有效地降低了涡街的流量下限,扩展了量程比。2、通过相同振动条件下与横河公司和ABB公司生产的数字涡街流量计的抗振性能比较试验,表明本课题设计的数字涡街流量计的抗振性能在同类仪表中具有一定的优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 涡街流量计概述
• 1.2 涡街流量计研究中的主要问题
• 1.3 涡街流量计的国内外研究现状
• 1.4 课题提出的背景和意义
• 1.5 课题的研究内容和创新点
• 1.6 本论文的章节结构
• 第二章 总体设计方案
• 2.1 涡街流量计的工作测量原理
• 2.2 涡街信号的组成分析
• 2.3 数字涡街流量计的设计方案
• 2.4 算法简介
• 2.4.1 功率谱估计概念
• 2.4.2 FFT 算法简介
• 2.4.3 FFT 算法的DSP实现
• 2.4.4 基于相角判据的修正 Rife 算法简介
• 第三章 系统的模块设计
• 3.1 系统硬件电路的整体设计
• 3.2 系统软件结构的整体设计
• 3.2.1 DSP 软件开发环境简介
• 3.2.2 系统的软件设计
• 3.3 涡街信号的前置放大电路设计
• 3.4 DSP 采集、控制与外围模块的设计
• 3.4.1 DSP 及其外围模块的总体设计
• 3.4.2 涡街信号采集计算模块的设计
• 3.4.3 液晶显示模块的设计
• 3.4.4 按键模块的设计
• 3.4.5 脉冲输出模块的设计
• 3.4.6 电源模块的设计
• 3.4.7 时钟模块的设计
• 3.4.8 复位电路的设计
• 3.4.9 JTAG 接口电路的设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 实流标定实验及结果分析
• 4.1 数字涡街流量计的液体流量实验
• 4.1.1 液体流量实验装置简介
• 4.1.2 水流量称重法简介
• 4.1.3 水流量实验数据处理
• 4.1.4 水流量实验小结
• 4.2 数字涡街流量计的气体流量实验
• 4.2.1 气体流量实验装置简介
• 4.2.2 气体流量实验数据处理
• 4.2.3 气体流量实验小结
• 4.3 本章小结
• 第五章 管道振动条件下涡街流量计的试验研究
• 5.1 振动试验装置及信号采集系统简介
• 5.1.1 振动试验装置简介
• 5.1.2 涡街信号采集系统简介
• 5.2 模拟涡街流量计的抗振性试验研究
• 5.2.1 振动频率的选择
• 5.2.2 模拟涡街流量计的抗振性试验结果及分析
• 5.2.3 模拟涡街流量计的抗振性试验信号分析
• 5.3 数字涡街流量计的抗振性试验研究
• 5.3.1 数字陷波的频域方法
• 5.3.1.1 数字滤波简介
• 5.3.1.2 陷波器的设计原理
• 5.3.1.3 数字陷波频域方法的实现
• 5.3.2 数字涡街流量计的抗振性试验结果及分析
• 5.4 知名数字涡街流量计产品的抗振性比较试验
• 5.4.1 横河数字涡街流量计的抗振性试验
• 5.4.2 ABB 数字涡街流量计的抗振性试验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢