这样,液体平均流速
v 就可由声时差
△t 确定,即在 c 和 x 恒定的前提下,v 与△t 成线
性。再根据流量方程求出流量
Q:
式中
k 为流速分布修正系数。
3 硬件系统设计
该检测系统的硬件系统设计主要由超声波换能器、
CPLD 功能、驱动发射、接收放大和过
零比较等模块组成。系统工作时,单片机先向
CPLD 发送指令,CPLD 的内部 PULSE 功能
模块产生
600 ns 的驱动脉冲,同时 CNT 功能模块开始计时:驱动脉冲进入驱动发射电路使
超声波换能器
1 产生超声波信号;接收到的信号比较微弱,需通过由 LF357 和 LM318 组成
的三级接收放大电路对其放大;将放大信号再通过由
MAX903 组成过零比较电路,从而为
CLPD 中的 CNT 功能模块提供一个停止计时的高电平信号。将 CNT 中所计时的数据换算为
时间,再由换能器
2 发送,换能器 1 接收。用 CNT 记录另外一组时间数据,二者相减得到
顺流和逆流的声时差
△t,计算出系统的流速和流量。该检测系统的关键是要得到准确的驱动
脉冲和精确的顺逆流时间。所以,选用
Aher 公司 CPLD 的 MAX
Ⅱ 系列 EMP240T100C5N,并
配有
100 MHz 的晶体振荡器,CPLD 功能模块是该系统硬件设计的核心。
3.1 CPLD 功能模块
CPLD 功能模块主要由 6 个子模块组成,如图 2 所示。它们都是利用 VHDL 语言编写,
各自的功能:
DECODER 子模块是将单片机的指令经过解码传输给 CPLD 内部各个子模块;
CNT 子模块负责计时;PULSE 子模块产生驱动脉冲:CNT_SP 子模块产生 CNT 的停止计
时信号;
SEL_2 用于选取将 CNT 中的 16 位数据的前 8 位和后 8 位;TRIBUFFER 可将
SEL_2 选择的 8 位数据传输给单片机。