基于TMS320F2812和DFU的多普勒流量计的设计

　　1引言

　　超声波多普勒流量计是 70 年代后逐步发展起来的，具有非接触式，分辨率高，对流速变化响应快，对流体的压力、粘度、温度、密度和导电率诸因素不敏感，无零点漂移，测量　　条件不变时重复性好，价格较便宜等优点[1]　。 但是，超声波多普勒流量计的流量测量精度除取决于发射频率外，还受流体中反射体颗粒的浓度、粒径大小、性质、粒子分布及流速分布等因素变化的影响，管道振动也是多普勒流量计测量的一个误差来源。 因此，如何提高超声波多普勒流量计的测量精度就成为当前刻不容缓的研究课题。

　　2双频多普勒流量计工作原理

　　当波源和观察者存在相对运动时， 观察者接收到的波源，其频率会偏离波动本来的频率，相向运动频率升高;相对运动频率降低，而且相对运动速度越大，这种频率偏移也越　　大，这种现象称为多普勒效应。

　　超声波多普勒流量计是基于声学的多普勒效应实现对流量测量的。 超声波发射器为一固定声源，不断向管道内发射固定频率的超声波，随流体一起运动的示踪粒子即固体颗　　粒或气泡与声源之间存在相对运动，它把来自发射器的入射超声波反射回接收器，这样，反射信号与发射信号频率出现差异△f，称其为多普勒频移[2]。 在给定管道条件和介质条件　　下，通过测量△f,即可求得流速，进而求出流体测量。 它们的关系为:

　　动条件影响等缺陷， 故采用双通道产生两组相互独立的异频超声波信号，并辅以数字信号处理技术，利用 FFT 方法分析反射波谱，这不仅可以大大增强多普勒流量计对各种频率成份的分辨能力; 而且通过对两组接收信号进行频移相乘，能有效去除噪声信号，并将多普勒频移信号平方放大，从而确保测量的准确性。

　　3系统硬件设计

　　图 1 给出系统的硬件结构。 它主要由超声波发射接收电路、滤波放大电路和数字系统电路三大模块构成。

　　3.1超声波发射电路

　　多普勒超声波测量中传感器的激励方式有单载频脉冲激励、连续正弦波激励和伪随机码信号激励等多种，由于连续正弦信号的采集较为容易，也适于作频谱分析，所以选用连续正弦波作为系统的激励信号

为了测准频移，减少频谱中的干扰分量，并使系统适应不同频率的传感器，这里采用了 AD9850 型 DDS。 其电路图见图 2。 AD9850 最高可支持 125 MHz 的时钟频率，可用并行或 串 行 方 式 装 入 32 位 频 率 调 节 字 。 74HC574 为 高 速COMSBD 锁存器，OC 接地处于选通方式[4]。 当图中的 X1(X3)输入端为上升沿时，1D～8D 上的数据存入 1Q～8Q。 同理，当 X2输入为上升沿时，1D~3D 存入 1Q～3Q。 U30 和 U28 这两片74HC574 分别锁存高低 8 位数据线。 由于要同时发射 640 kHz和 1.0 MHz 超声波信号，因此将 W_CLK，FQ_UD 和 RESET 共用。 AD9850 的 IOUT 引脚信号为 DDS 的输出，分成两路，一路发送功放电路放大， 用以驱动传感器发射超声波;　一路发送混频器，用以与接收信号混频。