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1、1 开题报告要写的内容项目名称：一立项的意义和必要性1 传统接触式流量计的缺点由于目前国内还有大部分的液体流量计是用传统的接触式测量法，但是接触式流量流速测量具有十分明显及普遍的缺点：受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响十分大，并且难以检测到强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质流量的测量，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为传统接触式流量计会随着测量管径的增大会带来制造和运输上的十分困难，关键是造价的提高、使用能量损耗加大、安装维护困难等等因素使得厂家们与顾客急于寻找一种新的流量测量方法来减少种种环境或材料等因素对测量的影响。2超声波流量计的优势超声波
2、流量计属于非接触式的测量类型仪器，超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，就可以换算成流量。超声波的特性使得超声波流量计几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，由于其非接触的特性使其可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。超声波流量计更适用于测量不易接触和观察的流体以及大管径管口的流量。它与水位计联动可以进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量计不用在流体中安装测量元件故不会改
3、变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。另外， 鉴于非接触测量特点， 再配以合理的电子线路， 一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。它的适应能力也是其它仪表不可比拟的。具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。并且其相对造价大概是传统流量计的十分之一，这对于商业上来说前景十分广泛，所以厂家及用户对非接触式的超声波流量测量计的研究力度和资金的投入不断加大，使得超声波流量计的发展十分迅速。3 超声波流量计
4、的缺点超声波流量计目前所存在的缺点主要是换能器不适宜于高温环境，并且超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为 1500m s 左右， 被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是2 103 数量级若要求测量流速的准确度为1，则对声速的测量准确度需为10-510-6 数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现。5项目的意义和必要性计量是工业生产的眼睛。流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。做好这一工作，对了保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有重要的作用。特
5、别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代，流量计在国民经济中的地位与作用更加明显。所以，对流量计的性能的研究与流量的控制对我们自身和工业的发展有着极为关键的作用，我们所选的超声波多普勒效应测量法具有比较简单的硬件电路，弹对数字信号处理，算法比较注重，这就使得我们的研究成本降至最低，同时得到更好的测量数据。不谈其本身对社会工业的发展起到的重大作用，就仅谈建立该项目本身对于我们大学生来说也是不可多得的锻炼，况且，通过项目的研究，能更好把我们所学的知识与实际相结合，这些研究于我们大学生来说具有极其重大的意义。二、课题总体目标、主要内容和考核指标（一）课题总体目标基于超声波的水泵流量流速测
6、量与控制系统（二）课题主要内容1.超声波收发装置2. 选频滤波网络3.AD采样4. 控制处理模块创新点：1. 利用数字滤波2.以往超声波测流速都基于全管道的测量，本项目将尝试对半管道流量的测量遇到的关键问题：1.管道水位的测量2.管道内各处流速不一是否采用多声道？（三）技术指标：测量管径范围: 253048mm 测量流速范围: 0.1m/s 10.0m/s 3 测量精度: 0.5% 2%FS三实施项目应当具备的条件（一）国内外现状（包括国内外同类技术、产品研发水平，专利状况，研究方向和重点等情况） ；目前，发达国家的超声波多普勒流量计发展较快，主要体现在微机软件的开发应用、测量技术的提高和综合
7、技术应用等方面。 以美国 Controlotron公司和 Ploysonics 公司为代表的产品较多的用数字信号处理技术， 如“ 同步调制” 和 FFT技术， 他们广泛的采用以DSP为核心的数字处理电路，从而能够更实时的处理超声波信号，同时能够实现一些复杂的算法，如Ploysonics 公司的 DDF3088型是该公司的新一代全数字化便携式多普勒流量计，它采用了数字滤波和数字频谱分析技术，能自动识别多普勒信号与噪声信号，抗干扰能力强，采用了高分辨率的液晶显示，可以现场对信号进行多普勒分析。仪表的整体性能在不断提高，应用范围也在不断扩大，例如有单声道、双声道和湿式四声道系统，分别可同时测量8 路
8、、4路和 2路管道；具有远传自诊断、渗漏检测、效率监视和质量流量的计算等功能；在储存、显示和输出等方面也有新的发展。在国内，超声波多普勒流量测量近年来无论是在数学模型还是在信号处理方法上都取得了一定的进展，但总的来说这些进展主要局限于医学领域，工业超声波多普勒管道流量测量的研究水平不高，导致现有工业管道用超声波多普勒流量计的性能普遍不高，相比较时差式超声波流量计、质量流量计、电磁流量计等其它流量计而言精度比较低。这些缺点极大限制了超声波多普勒流量计的推广和使用。目前，超声波多普勒量计一般只在一些特殊场合下使用，比如便携式测量、明渠流量测量、超大管径流量测量等。总体来说，目前，国外的技术水平主要
9、体现在算法的精确度上，而国内的发展则比较有限，在精确度和耐用度上还无法达到国外水平。（二）国内外市场现状分析（与国内外同类产品） ；目前市场上一般的基于多普勒超声波流量计同类领先产品的测量主要技术参数如下测量管径范围: 253048mm 测量流速范围: 0.1m/s 10.0m/s 测量精度: 0.5% 2%FS 产品也形成了一系列， 主营固定式超声波流量计 ，手持式超声波流量计， 便携式超声波流量计 ，时差式超声波流量计， 多普勒超声波流量计 。4 从网上搜寻市场调查报告来看，市场的主要用户行业：石油石化，化工，天然气，电力，冶金，水/污水处理，工程公司，设计院等等，其中大部分企业是通过代理
10、商或者直接向制造商购买，数据表明，用户对流量计的不满意度几大部分集中在运行的可靠性上， 调查结果显示，用户对国内流量计使用的最大问题就是运行可靠性和耐用性，对品牌建设和售后服务也表示了较高的不满意状态。对国外流量计的最大问题就是性价比不合理，以及交货期太长，售后服务方面也表现出较高的关注，相比较而言，用户对国外品牌运行的可靠性和耐用性方面比较满意，国内在这方面的水平还具有极大的不足，从市场调查的角度分析，用户最满意的平抛前五位分别是艾默生，科隆，恩德斯豪斯，西门子佛斯和西门子康创。从中可以看出，国外品牌依然占有主导地位，国内品牌只有一家上榜，弱势明显，其实从主要方向来说，用户始终在意的只有实用
11、性和耐久度，目前国内研究水准在这方面还存在较大的不足，应当继续努力。超声波课设应具备条件一人员的知识要求此项目超声波监控水泵流速流量系统需要设计者具有最基础的知识要求包括：电路分析、模拟电子技术、高频电子技术、数字电子技术、微机原理与接口技术、 C 语言编程、超声波的测距基础知识、单片机基础技术、传感器测量技术等。其中超声波技术为本次课题最主要也是最关键的技术。当然，仅仅由这些知识支撑还是不够的，还需要我们有较扎实的专业背景知识。例如信息通讯、电子仪器、机电控制、电力电子等。本课题小组成员有莫家锦、蒙振天、余军华共三人，我们都有各自又合作的收集资料整理的能力，对本次课题项目有浓厚的兴趣。由于超
12、声波监控水泵流速流量系统对我们来说是一个新知识，所以在短时间内自学新知识并转化到实践中去的能力必不可少。所以图书馆和上网是我们获取知识的最主要来源。目前现状：莫家锦同学有比较好的英语资料阅读能力和程序设计以及系统调试与故障排除能力；余军华有比较好文档组织写与撰，焊接与装配和基本模拟单元电路的设计能力；蒙5 振天有电子仪器的使用，PCB制版能力以及编程能力；大家需要正在解决的问题就是掌握超声波的先进技术，灵活掌握超声波测速测流技术以及控制测量算法的准确性等。资金评估：超声波传感器 2 个、AD 转换芯片 1片、高速单片机1 片、小型水泵 1 个、电阻、电容、三极管等若干。大约话费120元。二前期
13、所取得与课题相关的成果和技术积累情况2.1 采用先进的测量技术我们已经初步掌握了多普勒超声波的测试方法，多普勒效应发生的基本条件是声源和接受器发生相对运动。超声波检测技术具有激发容易、检测工艺简单、操作方便、价格便宜等优点，因此在控制管道流速流量状态检测中的应用有着较广泛的前景。利用 声学多普勒流速使用方法和工作原理, 可以快速准确地测量管道中的流速流量，以及水泵中的水位等等数据。由于超声波在水中的传播速度会受到水温的变化而变化同样的水流速度，会因为水温的改变，而产生不同的多普勒频移。所以采用多普勒测试管道中流速流量时，可以有选择地扩展带有一个水温传感器来测量水温，并在计算中对流速的计算进行补
14、偿和修正。2.2 测量精度高的超声波传感器超声波传感器可分为两大类：一类是采用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。目前较为常用的是压电式超声波传感器。 由于超声波具有易于定向发射， 方向性好，强度好控制，对色彩、光照度不敏感，反射率高等特点，所以得到广泛应用。为了提高测量精度问题：我们可以采用二个方向的多次测量计算出二维流速，提高测量的精度。超声波信号在传播时受到很大程度的衰减，所以接受到的超声波信号非常的微弱，不能直接送到后级电路进行处理，必须将信号放大到足够的幅度，才能使后级电路对它进行正确的处理。2.3超声波测量盲区的出现（1）超声波在剖面仪的探头若是安装成向下或向上发射超声
15、波， 在水面部分和靠近底部都会有一定范围的声波盲区，即在这部分的流速是测量不到的； （2）剖面仪的探头若是水平6 发射的，在离开探头前方的一定距离内也会有盲区； （3）还有在停止给超声波探头施加电压之后，超声波探头自己还会再发射一段时间的超声波，这也是盲区。通常我们会避开测量这段距离的流速。不同工作频率所带来的盲区也不同，工作频率越低，可以测量的范围越大，但是相应的盲区也增加。一般比较精确的测量范围为 30mm 300mm 。2.4解决盲区快速方案根据前一次测得距离实时改变超声波的发射功率，可以有效减小超声波换能器余振的初值，从而使测量盲区减小。经过实验发现，在同等条件下改变发射功率时的盲区比
16、固定发射功率的盲区可以缩短15cm 以上。用单片机作控制，根据被测体距离， 实时改变超声换能器的发射功率， 以减小测距的盲区，同时有助于提高接收电路中自动增益电路的性能， 从而提高整体测距系统的稳定性和精度。实现实现方法简单有效。系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理三与本课题相关的支持基础条件3.1 抗干扰技术（1）光电隔离技术隔离干扰； （2）滤波器滤除干扰； （3）长线传输的抗干扰； （4）A/D转换器的抗干扰；（ 5）电路板及电路的抗干扰；（ 6）微机总线的抗干扰。3.2 超声波流量计的安装（1）详细了解现场情况；（ 2）选择安装位置；（ 3）确定探头安装方式；（ 4）求得安装距离，确定探头位置；（5）管道表面处理；（ 6）探头与仪表接线；（ 7）微调探头位置；（ 8）固定探头。四课题的技术水平，所处地位等情况本课题采用单片机作为微处理器实现自动化控制水泵流速流量。目前我国在单片机的测控装置研究、生产、应用中，取得了
