基于EtherCAT總線的相干多普勒流速儀的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、多普勒流速測(cè)量為現(xiàn)今最常用的流速測(cè)量方法之一，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了加快多普勒流速計(jì)算速度、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性以及確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，本文提出了基于EtherCAT通信技術(shù)和FPGA技術(shù)的多普勒測(cè)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。為減少回波誤差、增加信號(hào)發(fā)射能量，有效降低水中超聲波的能量耗散對(duì)信號(hào)提取的影響，將二相調(diào)制信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，即利用M碼對(duì)數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生的正弦波進(jìn)行二相調(diào)制。采用5級(jí)M序列對(duì)正弦波進(jìn)行二相調(diào)制，發(fā)射信號(hào)的中心頻率為2MHz。

2、文中利用EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高效率傳輸。同時(shí)以FPGA為控制芯片搭建硬件電路，利用控制芯片內(nèi)有豐富的IP核資源，最大化地精簡(jiǎn)硬件電路，降低了設(shè)計(jì)難度。
　　本研究首先介紹并回顧了國(guó)內(nèi)外超聲波流速儀的發(fā)展概況，目前利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行流速測(cè)量已經(jīng)成為現(xiàn)今測(cè)流方法的趨勢(shì)之一。概述中闡述了多普勒測(cè)流的基本原理，由于本文設(shè)計(jì)的流速儀主要應(yīng)用于海岸和近海工程實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，所以采用相干測(cè)流方法，并在此基礎(chǔ)上，

3、利用時(shí)域相位估計(jì)復(fù)自相關(guān)算法作為本文的回波處理算法，從而減少計(jì)算量、提高計(jì)算精度。選用XC5VLX85芯片作為控制芯片。在發(fā)射電路的設(shè)計(jì)上，利用 AD9708作為DAC電路的主控芯片，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再將模擬信號(hào)經(jīng)過兩級(jí)放大，使發(fā)射信號(hào)的峰峰值達(dá)到換能器工作的要求。詳細(xì)講述了一級(jí)放大和二級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)。發(fā)射信號(hào)經(jīng)過換能器之后轉(zhuǎn)換為聲波發(fā)射出去，闡述了換能器的分類和設(shè)計(jì)。超聲波回波信號(hào)經(jīng)過多普勒效應(yīng)并反射回收發(fā)一體的換能器，將

4、聲能轉(zhuǎn)化為電能。描述了低通、高通和帶通濾波器的應(yīng)用范圍，介紹了帶通濾波器中寬帶帶通濾波器和窄帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)闡述了窄帶帶通濾波器的電路設(shè)計(jì)?；夭ㄐ盘?hào)通過窄帶帶通濾波器，可以有效地去除雜波和白噪聲，從而有助于有效信號(hào)的提取。將回波信號(hào)交由FPGA進(jìn)行處理分析之后，利用EtherCAT通信技術(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)網(wǎng)絡(luò)主站上。最后，通過測(cè)速實(shí)驗(yàn)和仿真對(duì)所提方法和各個(gè)模塊進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法和設(shè)計(jì)不僅具有較低的實(shí)驗(yàn)誤差而