基于GP30-F01的超聲波水表首波電平選擇的幅值分析
發(fā)布時(shí)間:2019-12-25 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】節(jié)約水資源越來(lái)越受到人們的關(guān)注,而水表行業(yè)也正在經(jīng)歷著如何進(jìn)行階梯水價(jià)收費(fèi)的改革浪潮。精確計(jì)量成為行業(yè)焦點(diǎn),傳統(tǒng)的機(jī)械水表正在逐步被更智能的超聲波水表取代。
艾邁斯半導(dǎo)體用于超聲波水表的計(jì)量芯片如GP22、GP30,針對(duì)真實(shí)應(yīng)用環(huán)境不停更新迭代、性能優(yōu)化,越來(lái)越接近于真實(shí)的水流環(huán)境。與之相應(yīng)地,在電子部分的優(yōu)化之外,如何正確選擇好的管段+換能器,成了水表好用與否的關(guān)鍵。
對(duì)于使用過(guò)GP22的用戶(hù)來(lái)說(shuō),首波檢測(cè)是一個(gè)并不陌生的概念,它可以判斷出接收波形,精確的定義首波的位置,一旦首波確定,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)間信號(hào)采集。但是信號(hào)的幅值會(huì)隨著溫度和流量的改變而改變,導(dǎo)致原本設(shè)定好的FHL可能不再適用于當(dāng)前狀態(tài),而發(fā)生周期跳變。
因此在設(shè)計(jì)水表之前,我們需要先對(duì)換能器和管段進(jìn)行分析,研究在各個(gè)狀態(tài)下FHL的值是否還適用,還是真的需要修正,或者有沒(méi)有一個(gè)FHL的值可以覆蓋全溫度全流量范圍而不需要調(diào)整,這就需要我們對(duì)使用的管段和換能器了如指掌。今天我想討論一下如何在基于GP30-F01的基礎(chǔ)上去分析管段和換能器發(fā)出的超聲波的幅值。
首先,我們進(jìn)行全溫度范圍下接收波形的前4個(gè)波的峰值檢測(cè)。因?yàn)槭撞z測(cè)基于的一個(gè)條件就是相鄰的波峰之間如果幅值差越大,那么就越不容易發(fā)生周期跳變的可能。4種換能器#1,#2,#3,#4,在全溫度范圍(5°C~60°C)進(jìn)行連續(xù)的幅值采集,得到的數(shù)據(jù)圖如下:
很容易發(fā)現(xiàn),這4種換能器代表了四類(lèi)典型的換能器。在全溫度范圍內(nèi):
1#換能器前4個(gè)波峰幅值變化不大,但是相鄰波峰的幅值差很??;
2#換能器前4個(gè)波峰幅值變化隨溫度升高而變大,高溫下的第三波甚至超過(guò)了低溫下的第四波,易于發(fā)生周期跳變,而且相鄰的波峰幅值差也很?。?/div>
3#換能器前4個(gè)波峰幅值基本維持穩(wěn)定,并且相鄰波峰幅值差也比較大,是適合進(jìn)行FHL 設(shè)置的;
4#換能器剛好和2#相反,波峰的幅值隨溫度的升高而減小,高溫下的第四波甚至低過(guò)了低溫下的第三波,也會(huì)發(fā)生周期跳變。
接下來(lái),我們會(huì)加入流量元素,使實(shí)驗(yàn)更加接近真實(shí)情況。測(cè)試方法是首先在室溫下,提供一個(gè)小流量,然后從設(shè)定的最小首波電壓FHLmin開(kāi)始,按照設(shè)定的步長(zhǎng)FHLstep遞增至最大首波電壓FHLmax,記錄下相關(guān)數(shù)據(jù);然后在不改變溫度的情況下也按照一定步長(zhǎng)(或者比例)增大流量,重復(fù)FHL的遞增循環(huán),記錄下相關(guān)數(shù)據(jù),直到覆蓋全流量范圍;隨后增大溫度,重復(fù)上述測(cè)試,直到涵蓋了全溫度范圍(5°C~60°C),我們通過(guò)Excel表格對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
需要設(shè)定的參數(shù):
1. 首波電壓FHL
e.g. FHLmin >=5
e.g. FHLmax = 200
e.g. FHLstep = 5
2. 流量控制比例,例如25%
需要采集的數(shù)據(jù):
1. FHL 上游/下游 GP30測(cè)量得到的首波電壓
2. TOF1 上游/下游 GP30測(cè)量得到的第一個(gè)飛行時(shí)間的值
3. PWR 上游/下游 GP30測(cè)量得到的脈寬比
4. AM 上游/下游 GP30 測(cè)量得到的接收幅值
5. DIFFTOF GP30套件計(jì)算得到的時(shí)間差
6. SUMTOF GP30套件計(jì)算得到的時(shí)間和
7. Temp [°C] 外部傳感器測(cè)量得到的溫度值
8. Flow [l/h] 外部傳感器測(cè)量得到的流量
9. Flow Average [l/h] 外部傳感器測(cè)量得到的平均流量
在前期工作準(zhǔn)備完畢后,我們可以編寫(xiě)程序,然后對(duì)每一支管段進(jìn)行測(cè)試。我們對(duì)這4支管段使用下圖裝置與軟件進(jìn)行測(cè)試,得到大量數(shù)據(jù)。
1.首先我們?cè)谀硞€(gè)溫度(24°C~25°C),全流量范圍下,幾個(gè)參數(shù)的對(duì)比。
A管段:可以看出在該溫度,全流量下,測(cè)量結(jié)果保持穩(wěn)定狀態(tài),時(shí)間差在幾個(gè)波峰處會(huì)有周期跳變,屬正?,F(xiàn)象。
B管段:可以看出在該溫度全流量下,測(cè)量結(jié)果保持穩(wěn)定狀態(tài),時(shí)間差在幾個(gè)波峰處會(huì)有周期跳變,屬正?,F(xiàn)象。隨著FHL遞增,AM 數(shù)量也較A管段多,因此可以看出B管段的波峰數(shù)量多于A 管段。
C管段:只截取到DIFFTOF和PWR的圖像。很明顯周期跳躍比較多,而且兩個(gè)換能器的接收波形的PW不重合,說(shuō)明同一個(gè)收發(fā)周期中的接收信號(hào)不同,說(shuō)明這一對(duì)換能器不匹配。
D管段:可以看出在該溫度,全流量下,測(cè)量結(jié)果還行,但是從PW-FHL圖上可以看出一個(gè)FHL可能對(duì)應(yīng)了兩個(gè)PWR的值,說(shuō)明在全流量下超聲波信號(hào)不是很穩(wěn)定,會(huì)隨著流量變化而變化;另外,從AM-FHL圖像上可以看出同一個(gè)FHL 對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的TOF1的值,更加說(shuō)明超聲波信號(hào)受流速影響比較大。
2.我們?cè)谀硞€(gè)流量區(qū)間(400~500l/h),全溫度范圍下,幾個(gè)參數(shù)的對(duì)比。
A管段:從圖上可以看出,在該流量范圍內(nèi),全溫度下,DIFFTOF受溫度影響比較小,測(cè)量結(jié)果保持穩(wěn)定狀態(tài),時(shí)間差在幾個(gè)波峰處會(huì)有周期跳變,屬正?,F(xiàn)象。另外,PW值會(huì)受溫度影響在某個(gè)范圍內(nèi)發(fā)生偏移。
B 管段:從圖上可以看出,在該流量范圍內(nèi),全溫度下,DIFFTOF受溫度影響,測(cè)量結(jié)果保持穩(wěn)定狀態(tài),時(shí)間差在幾個(gè)波峰處會(huì)有周期跳變,屬正?,F(xiàn)象。另外,PW值會(huì)受溫度影響在某個(gè)范圍內(nèi)發(fā)生偏移。但整體來(lái)說(shuō),數(shù)據(jù)的離散性比較大。
C管段:從如下的DIFFTOF的圖像,可以看出,時(shí)間差受溫度影響很大,只有很小的一個(gè)范圍在我們?cè)O(shè)置的條件下DIFFTOF基本沒(méi)有跳變。在這個(gè)FHL范圍下,PWR的值受限于0.4~0.6之間;從AM圖中,看出部分地方藍(lán)色和橙色沒(méi)有重合,表示在這個(gè)FHL下,兩邊的換能器接收到的信號(hào)幅值不一致;從PW上看出線(xiàn)條比較粗,要么波峰的數(shù)量比較多,要么接收信號(hào)受溫度影響很大,要么二者兼項(xiàng),我跟個(gè)人偏向于后者;從TOF1的圖像看出臺(tái)階比較多,因此波峰數(shù)量比較多。
D管段:從圖上可以看出,在該流量范圍內(nèi),全溫度下,DIFFTOF受溫度影響比較小,測(cè)量結(jié)果保持穩(wěn)定狀態(tài),時(shí)間差在幾個(gè)波峰處會(huì)有周期跳變,屬正?,F(xiàn)象。另外,PW值會(huì)受溫度影響在某個(gè)范圍內(nèi)發(fā)生偏移,但是數(shù)據(jù)的離散程度較大。
3.我們?cè)谌髁?,全溫度范圍下,幾個(gè)參數(shù)橫向的對(duì)比。
DIFFTOF-FHL:相比較四個(gè)管段,A管段的表現(xiàn)最佳,在三個(gè)比較寬的范圍內(nèi)都沒(méi)有發(fā)生周期性跳變,B管段其次,D管段第三,C管段最差,可用的FHL最窄。
AM-FHL:相比較四個(gè)管段,A管段可以看做有四個(gè)波峰值,彼此獨(dú)立,很好的印證了DIFFTOF的表現(xiàn),幾個(gè)周期跳變都是發(fā)生在波峰處,跳變后峰值也發(fā)生了變化,受溫度和流量影響使得每一段都變粗。B管段其次,D管段第三,C管段最差,可以看做幅值隨FHL遞增而增加,受溫度和流量影響較大。
PWR-FHL:相比較四個(gè)管段,A管段較為明顯的分成了四個(gè)部分,其實(shí)是首波分別在四個(gè)不同的波峰的時(shí)候的半波長(zhǎng)比。B管段圖像較粗,說(shuō)明數(shù)據(jù)的離散型不如A好,D的離散型更加差一些,說(shuō)明受溫度和流量影響更加大。C幾乎沒(méi)有可用的地方,根據(jù)DIFFTOF得到的FHL來(lái)看PW只能設(shè)置在0.4到0.6之間。
TOF1-FHL:A很明顯當(dāng)首波發(fā)生跳變的時(shí)候,TOF1的值發(fā)生階躍性跳變。B管段在穩(wěn)定的DIFFTOF的區(qū)間,TOF1也能保持穩(wěn)定,D管段離散性較B管段而言比較大,而C管段基本呈現(xiàn)一條緩緩向上的直線(xiàn),重疊部分較多,只在DIFFTOF穩(wěn)定的那段區(qū)間TOF1保持穩(wěn)定。
因此,類(lèi)似上述四種管段,A,B管段可使用的區(qū)間較多,優(yōu)先使用,D管段選擇使用,C管段建議不要使用。
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線(xiàn)性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 數(shù)字驅(qū)動(dòng)工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會(huì)議全公開(kāi)!
- 團(tuán)體觀(guān)展招募!104CEF開(kāi)啟組團(tuán)觀(guān)眾通道,解鎖更多禮遇
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車(chē)用戶(hù)界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測(cè)試
- 揭秘電動(dòng)汽車(chē)中直流鏈路電容器的奧秘(上)
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
友情鏈接(QQ:317243736)
我愛(ài)方案網(wǎng) ICGOO元器件商城 創(chuàng)芯在線(xiàn)檢測(cè) 芯片查詢(xún) 天天IC網(wǎng) 電子產(chǎn)品世界 無(wú)線(xiàn)通信模塊 控制工程網(wǎng) 電子開(kāi)發(fā)網(wǎng) 電子技術(shù)應(yīng)用 與非網(wǎng) 世紀(jì)電源網(wǎng) 21ic電子技術(shù)資料下載 電源網(wǎng) 電子發(fā)燒友網(wǎng) 中電網(wǎng) 中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng) 連接器 礦山設(shè)備網(wǎng) 工博士 智慧農(nóng)業(yè) 工業(yè)路由器 天工網(wǎng) 乾坤芯 電子元器件采購(gòu)網(wǎng) 亞馬遜KOL 聚合物鋰電池 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 企業(yè)查詢(xún) 工業(yè)路由器 元器件商城 連接器 USB中文網(wǎng) 今日招標(biāo)網(wǎng) 塑料機(jī)械網(wǎng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 中國(guó)IT產(chǎn)經(jīng)新聞網(wǎng) 高低溫試驗(yàn)箱
?
關(guān)閉
?
關(guān)閉