气体超声流量计作为新型的流量仪表,具有压损小、无可动部件、量程比宽、测量精度高、结构简单等优点,已广泛应用于燃气工业领域,成为天然气贸易中主要的计量仪表。然而,在天然气输送管网中,管内流场与工况环境复杂,尤其在中低压的城市管网中,超声波传输过程衰减程度大,回波信号易受噪声干扰,且不同流速下衰减程度不同,导致大流速下回波信号抖动严重,回波包络在复杂工况下发生变化,从而影响了阈值法对超声波渡越时间的测量,限制了流量测量的准确性和稳定性。针对以上问题,设计了基于FPGA的气体超声流量测量系统。该测量系统利用FPGA实现驱动信号的产生与回波信号的采样接收,再结合信号处理方法实现流量测量。测量系统设计包括硬件设计、软件设计和信号处理方法设计。系统硬件设计包括换能器激励电路、回波信号接收与处理电路、回波信号采样电路和通讯电路。系统软件设计包括MSP430微控制器程序设计、FPGA程序设计和Matlab程序设计。信号处理方法包括时差测量方法、声速测量方法和基于回波相似度的特征点定位方法。时差测量方法通过FPGA的“粗”时差测量与互相关的“细”时差测量相结合的方式实现高精度的时差测量。声速测量方法通过信号的过零检测获得顺逆流渡越时间,进而计算求得声速。基于回波相似度的特征点定位方法,通过计算设定工况和实际工况下回波信号上升区域部分的欧式距离以评估相似度,实现特征点的定位,保证了复杂工况下时差与声速的准确测量,提高了系统流量测量的稳定性。最后对设计的气体超声流量测量系统进行实验研究,包括温度实验、压力实验和流量实验。实验结果表明,所设计的超声流量测量系统在不同工况环境下具有良好的适应性,流量性能满足1级准确度的要求。