时差法在检测液压系统流量中的应用

其工作流程如下：通过单片机的P2端口使CPLD工作。由PULSE子模块发送特定脉冲信号驱动超声波换能器，CPLD在发射脉冲的同时CNT子模块开始计时，接收放大电路接收信号并经过零比较后，向CPLD的PULSE_ACT口提供停止计时的高电平信号。然后CPLD就将CNT中计时的16位数据以8位的形式通过SEL_2,TRIBUFFER再通过P0口上传给单片机。由单片机实现数据处理，最后上传或直接显示数据目。

3.2 CPLD中关键子模块的功能仿真

由于检测系统要求准确的驱动脉冲和精确的顺逆流时间，因此PULSE和CNT两个子模块成为设计的关键模块。这2个模块设计的好坏直接影响整个系统性能，功能仿真和验证设计的可行性。

3.2.1 PULSE子模块仿真

根据频谱分析，驱动脉冲宽度与传感器频率之间存在最佳关系式，当脉冲宽度满足该关系式时，接收传感器的接收信号质量最佳。该设计采用2.5 MHz的超声换能器，经计算驱动脉冲最佳为600 ns.CPLD控制信号可以达到纳秒级的控制精度。因此可产生控制信号，既克服了模拟器件抗干扰性差的缺点。CPLD产生控制信号再经光电隔离进入驱动电路。从而控制150 V高压驱动超声发射传感器，驱动信号采用单脉冲驱动，如图3所示，EMP240T100C5N用100 MHz时钟晶体振荡器发送600 ns驱动脉冲信号。

3.2.2 CNT子模块仿真

超声波测流量系统的关键技术是对超声波在顺流和逆流这两种情况下的准确的计时。计时越精确所得时间差越准确，有利于后续流速和流量的计算。由于超声波的频率为2.5 MHz,所以需要计时器的工作频率与之相适应。该系统设计的CPLD采用100 MHz的有源晶体振荡器，时钟周期达到10 ns.计时原理为：当CPLD从开始发送脉冲信号时开始计数，当接收到脉冲信号时停止计数。通过换算，将CPLD所计的数值换算成超声波在液体中所用时间，从而实现计时功能，如图4所示。

4 结语

通过对关键子系统的功能仿真，可以看出CPLD关键子系统的设计满足整体设计的性能要求。在实际应用中CPLD也可以满足其设计要求。该超声波液压流量检测系统具有精度高，反应快，抗干扰能力强的功能。适用于较恶劣的环境，同时也便于诊断液压系统故障。