Zastosowanie układów FPGA w konstrukcji przepływomierzy ultradźwiękowych

• Autorzy: Zaworski Ł. , Kowalski M. , Zieliński M.

Warianty tytułu

EN

Application of FPGA devices to ultrasonic flowmeter

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przepływomierze ultradźwiękowe mierzące różnicę czasu przelotu impulsu przez medium stanowią jedną z dwóch najbardziej rozpowszechnionych grup przepływomierzy. W artykule tym została przedstawiona konstrukcja systemu pomiaru odcinka czasu zaimplementowanego w strukturze programowalnej FPGA jak również metoda kalibracji i wyznaczenia rozdzielczości przetwornika czas/cyfra w trakcie pomiaru. Takie rozwiązanie zapewnia niewrażliwość układu na czynniki zewnętrzne (temperatura), oraz skrócenie czasu pomiaru, a tym samym redukcję poboru energii, co jest atutem przy zasilaniu bateryjnym.

EN

The ultrasonic flowmeter market is the fastest-growing market in any flowmeter type, and transit-time flowmeters have the largest share in that market. One of the fundamental parts of a transit-time ultrasonic flowmeter is a time measurement circuit, often implemented in CMOS ASIC. This paper describes an application of a low-power FPGA device to the transit-time flowmeter time measurement circuit. The main problem discussed in this work is calibration of a delay line in TDC implemented in a FPGA device. The time- and resource-consuming code density testing is undesirable for mass production devices. In this paper a fast and simple method for calibration is proposed. The method is based on measurement of the clock period length [5] and analysis of the data; therefore, it does not require implementation of any additional circuits in the device. A resolution of TDC is estimated by (2), when I_T is the largest state of a decoder in measurement series, and T_0 is clock period. The method uncertainty is larger than that of the code density test, but the method requires virtually no resources and takes less time - under certain conditions the calibration can be performed simultaneously with the measurement. At the end the measurement results and the conclusions are presented.

Słowa kluczowe

PL

przepływomierz ultradźwiękowy; przetwornik czas-cyfra; układ programowalny; pomiar czasu

EN

ultrasonic flowmeter; time-to-digital converter; programmable logic device; time measurement

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 57, nr 12
• Strony: 1511--1514
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., wykr., wzor

Twórcy

autor

Zaworski Ł.

autor

Kowalski M.

autor

Zieliński M.

• Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK, ul. Grudziądzka 5, 87-100 Toruń,

Bibliografia

• [1] Baker R. C.: Flow measurement handbook: industrial designs, operating principles, performance, and applications. Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2005.
• [2] Hard J. E. et al.: Flow measurement methods and application. Wiley - IEEE, 1999.
• [3] Lynnworth L. C., Papadakis E. P.: Ultrasonic Measurements for Process Control: Theory, Techniques, Applications. Academic Press, Inc., 1990.
• [4] Waluś S.: Przepływomierze ultradźwiękowe. Metodyka stosowania. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 1997.
• [5] Wu J., et al.: Firmware-only implementation of time-to-digital converter (TDC) in field-programmable gate array (FPGA), Nuclear Science Symposium Conference, 2003 IEEE.