2019 Fiscal Year Annual Research Report
Practical Realization of Multi-point Measurement Method of Temperature and Velocity by FPGA
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16K14164
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| Research Institution | Numazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
大庭 勝久 沼津工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (40321442)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 熱流体計測 / 熱線流速計 / 抵抗線温度計 / FPGAデバイス / 並列処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、論理回路をプログラムにより実装できるField Programmable Gate Array（FPGA）を基盤とする熱流体計測システム（デジタル二線式温度流速計）を開発することである。このシステムにより精確な流体温度・速度の計測を実現するためには、センサ出力に対する各種補償が必要となる。
本年度は、FPGA上に実装する論理回路の並列化による補償演算の高速化を試みた。本研究におけるFPGAの回路設計にはLabVIEW FPGAモジュールを利用している。まず、3種類の補償系の内、温度補償系と遅延補償系について、シフトレジスタを用いたパイプライン処理を導入して高速化した。その結果、１サンプルのデータに対する温度補償の演算時間は、2000nsecから1700nsecに削減され-15%の短縮が図られた。また最も時間を要する遅延補償系については、3075nsecから1000nsecに削減され-67%と大幅に高速化された。その結果、従来は最大サンプリングレートが300kHz程度に限定されていたが、高速化後はおよそ２倍となる580kHz程度まで実現可能となった。
高速化と並行して、熱線流速計用の温度補償アルゴリズムを高精度化した。流速換算式中の物性値に起因する2種類の温度依存パラメータについて、以前実施した線形近似と二次近似に加えて三次・四次近似まで適用した。その結果、高次にするほど誤差は抑制されるが抑制量は小さくなることが示された。
また、換算式中には温度依存パラメータの積の項も存在するため、無次元細線温度の項を含めた温度依存パラメータの積に対する近似式を導出した。この場合、四次近似により誤差±0.1%以内が可能になった。個々に近似する場合に比べ、より高次関数となるものの、演算に時間を要する除算項を排除した高精度モデルにより、温度補償演算の更なる高速化の見通しが立った。
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