Zastosowanie układów FPGA w konstrukcji przepływomierzy ultradźwiękowych

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.

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.