時(shí)差法在檢測液壓系統流量中的應用

其工作流程如下：通過(guò)單片機的P2端口使CPLD工作。由PULSE子模塊發(fā)送特定脈沖信號驅動(dòng)超聲波換能器，CPLD在發(fā)射脈沖的同時(shí)CNT子模塊開(kāi)始計時(shí)，接收放大電路接收信號并經(jīng)過(guò)零比較后，向CPLD的PULSE_ACT口提供停止計時(shí)的高電平信號。然后CPLD就將CNT中計時(shí)的16位數據以8位的形式通過(guò)SEL_2,TRIBUFFER再通過(guò)P0口上傳給單片機。由單片機實(shí)現數據處理，最后上傳或直接顯示數據目。

3.2 CPLD中關(guān)鍵子模塊的功能仿真

由于檢測系統要求準確的驅動(dòng)脈沖和精確的順逆流時(shí)間，因此PULSE和CNT兩個(gè)子模塊成為設計的關(guān)鍵模塊。這2個(gè)模塊設計的好壞直接影響整個(gè)系統性能，功能仿真和驗證設計的可行性。

3.2.1 PULSE子模塊仿真

根據頻譜分析，驅動(dòng)脈沖寬度與傳感器頻率之間存在最佳關(guān)系式，當脈沖寬度滿(mǎn)足該關(guān)系式時(shí)，接收傳感器的接收信號質(zhì)量最佳。該設計采用2.5 MHz的超聲換能器，經(jīng)計算驅動(dòng)脈沖最佳為600 ns.CPLD控制信號可以達到納秒級的控制精度。因此可產(chǎn)生控制信號，既克服了模擬器件抗干擾性差的缺點(diǎn)。CPLD產(chǎn)生控制信號再經(jīng)光電隔離進(jìn)入驅動(dòng)電路。從而控制150 V高壓驅動(dòng)超聲發(fā)射傳感器，驅動(dòng)信號采用單脈沖驅動(dòng)，如圖3所示，EMP240T100C5N用100 MHz時(shí)鐘晶體振蕩器發(fā)送600 ns驅動(dòng)脈沖信號。

3.2.2 CNT子模塊仿真

超聲波測流量系統的關(guān)鍵技術(shù)是對超聲波在順流和逆流這兩種情況下的準確的計時(shí)。計時(shí)越精確所得時(shí)間差越準確，有利于后續流速和流量的計算。由于超聲波的頻率為2.5 MHz,所以需要計時(shí)器的工作頻率與之相適應。該系統設計的CPLD采用100 MHz的有源晶體振蕩器，時(shí)鐘周期達到10 ns.計時(shí)原理為：當CPLD從開(kāi)始發(fā)送脈沖信號時(shí)開(kāi)始計數，當接收到脈沖信號時(shí)停止計數。通過(guò)換算，將CPLD所計的數值換算成超聲波在液體中所用時(shí)間，從而實(shí)現計時(shí)功能，如圖4所示。

4 結語(yǔ)

通過(guò)對關(guān)鍵子系統的功能仿真，可以看出CPLD關(guān)鍵子系統的設計滿(mǎn)足整體設計的性能要求。在實(shí)際應用中CPLD也可以滿(mǎn)足其設計要求。該超聲波液壓流量檢測系統具有精度高，反應快，抗干擾能力強的功能。適用于較惡劣的環(huán)境，同時(shí)也便于診斷液壓系統故障。