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1 引言
课题研究背景及意义
研究利用超声波测量流体流量已经有数十年的历史了。 1928 年，法国人研制成功了
世界上第一台超声流量计。但为了使超声波流量计有一定的精度，时差法超声波流量计要求对时间
的测量有相当高的测量精度，这在当时是很难做到的。 1955 年，应用声循环法的 MAXSON 流量
计在美国研制成功，用于航空燃料油流量的测量。 50 年代末期，超声波流量计由理论研究阶段进
入工业应用时期。但由于电子线路太复杂而未占有牢固的地位。
到了 80 年代中后期，单片机技术的应用使超声流量计向高性能、智能化的方向发展。由于使
用了单片机作中央处理单元，系统不仅可以进行复杂的数学运算和数据处理、进一步提高了超声波
流量计的测量精度，而月 .还能设计出友好的人机界面，使系统具有参数设置、自动检错排错功能
以及其他一些辅助功能，大大方便了用户的操作和使用。单片机在超声流量计中的应用，是超声流
量计开始真正进入工业测量领域。
超声波流量计的现状
近 10 年来，基于高速数字信号的处理技术与微处理器技术的进步，基于新型探头材料与工艺
的研究，基于声道配置及流动力学的研究，超声流量测量技术取得了长足的进步，显示了它强劲的
技术优势，形成了迅猛发展的势头，其潜在的巨大的生命力是显而易见的。
在国外，以美国 Controlotron 公司和 Ploysonics 公司为代表的产品较多的采用数字信号处理技
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，从而能够更快
实时的处理超声信号，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，采用了高分别率的液晶显示，可以现场对信号进行多普勒分析。
在测量方法方面有的利用改进的时差法，用以消除速度受温度的影响，还有将时差法与多普勒法的
组合，如 Controlotron 公司研制的 480 型超声流量计，这样使得产品的实用范围更广。但由于国外
的产品的价格比较高（每台约为 5～10 万元左右），所以限制了在国内的大量使用。
目前国内的厂家生产的超声波流量计虽然价格比较便宜，但总体性能差，主要用于测量比较容
易的大管径管道中流体的测量。他们多采用的方法是时差法，以单片机为系统核心进行信号处理。
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但由于受单片机速度的限制，所以只能进行一些比较简单的算法，如通过计数来实现流速的计算。
同时由于一般的时差法受温度的影响比较大，所以在精度上面就不会很高。如南京亚楠公司生产的
ZLC 系列流量计是国内率先采用多脉冲发射和接收宽带技术，并带有微机控制的新型超声波时差
式流量计。近几年来由于 DSP 和超大规模集成电路技术的发展，以及以基于 DSP 为核心的数字信
号处理电路技术日益成熟和广泛使用，使得可以采用以 DSP 为处理核心的超声波流量计来广泛取
代国内的以单片机为核心的超声波流量计，从而可利用数字信号处理的一些技术来改善产品的测量
精度，