本文關鍵詞：雙頻超聲波多普勒流量計的研究與設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲波多普勒流量計主要用于污水類非純凈液體和固體顆粒的兩相流的流量測量，它具有分辨率高，對流速變換響應快，對流體的壓力、粘度和溫度等因素不敏感的優(yōu)點，但超聲多普勒流量計的精度和穩(wěn)定性對于高精度測量要求，還是滿足不了要求，我們采用雙頻多普勒技術(DFD)很好地解決了這個問題，因此雙頻超聲波多普勒流量測量技術的研究是一項非常有實用價值的研究課題。 在原我們成功研制的單通道超聲波多普勒流量計的基礎上，通過查閱文獻和理論分析，本文建立了雙頻多普勒測量方法的理論基礎，實驗驗證了這一理論的可行性。在此基礎上，設計了一套完整以TI公司的TMS320F240 DSP作為核心處理器件的雙頻多普勒流量計測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具有瞬時流速、流量、累計流量等顯示功能，，還具有電流輸出(4～20mA)和多普勒頻譜動態(tài)顯示的功能，有利于實時觀測信號狀態(tài)，特別是對流量計的安裝非常有利。 與傳統(tǒng)的單頻多普勒流量測量不同，雙頻超聲波多普勒流量測量系統(tǒng)產(chǎn)生兩組異頻、獨立的超聲波信號，兩種頻率用于識別信號，它能有效去除噪聲信號，并將準確識別出的多普勒信號進行平方放大。 本系統(tǒng)引入先進的數(shù)字信號處理技術，在頻域上對多普勒信號進行有效的處理。具體方法是首先對兩個通道的多普勒信號采樣，分別進行FFT變換求其功率譜；然后將其中一個通道的功率譜移位，使流量多普勒信號頻移重疊而噪聲被錯開；將兩束信號的功率譜相乘，結果多普勒信號被平方放大，而噪聲信號被大大衰減，使多普勒信號更加容易識別和跟蹤；再在相乘后的功率譜上應用峰值逼近法，加上適當?shù)臄?shù)字濾波技術得到較精確的多普勒頻移值；最后根據(jù)多普勒效應原理，求取管道中流體的流速及其它數(shù)據(jù)量。其軟件穩(wěn)定性好，效率高，操作靈活方便。 最后對實驗數(shù)據(jù)進行了分析，結果表明，采用雙頻多普勒技術大大提高了儀表的精度和穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：多普勒 雙頻多普勒技術 流量計 峰值逼近 數(shù)字信號處理
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：TH814
【目錄】：

• 0 前言7-9
• 1 超聲波多普勒流量計的工作原理9-14
• 1.1 多普勒效應9-11
• 1.1.1 聲源相對于靜止的觀察者運動9-10
• 1.1.2 觀察者相對于靜止的聲源運動10-11
• 1.2 超聲波多普勒流量計的工作原理11-13
• 1.2.1 流量測量方程11-12
• 1.2.2 算法的改進12-13
• 1.3 雙頻超聲波多普勒流量計的提出13-14
• 2 雙頻超聲波多普勒流量計的設計原理14-20
• 2.1 理論模型14-15
• 2.2 雙頻超聲波多普勒流量計的工作原理15-16
• 2.3 有關流量方程的幾點討論16-20
• 2.3.1 超聲波多普勒流量計工作頻率的選取16-17
• 2.3.2 管內(nèi)流體的流速分布17-18
• 2.3.3 流體動力學分析18-20
• 3 硬件電路設計20-33
• 3.1 系統(tǒng)整體硬件結構框圖20-23
• 3.2 模擬系統(tǒng)模塊23-26
• 3.2.1 窄帶LC調(diào)諧濾波器23
• 3.2.2 調(diào)理電路23-26
• 3.3 數(shù)據(jù)處理及人機接口模塊26-31
• 3.3.1 TMS320F240 DSP中央處理器26-27
• 3.3.2 液晶顯示器及鍵盤模塊27-29
• 3.3.3 外部RAM及串行EEPROM X2504529-30
• 3.3.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換及4～20mA輸出30-31
• 3.4 硬件抗干擾技術31-32
• 3.4.1 干擾噪聲的來源及危害31
• 3.4.2 抗干擾措施31-32
• 3.5 小結32-33
• 4 系統(tǒng)軟件設計33-42
• 4.1 系統(tǒng)軟件流程33-34
• 4.2 軟件模塊介紹34-41
• 4.2.1 初始化模塊34-35
• 4.2.2 監(jiān)控模塊35
• 4.2.3 定時模塊35-37
• 4.2.4 鍵盤掃描模塊37-39
• 4.2.5 數(shù)據(jù)處理模塊39
• 4.2.6 顯示模塊39-40
• 4.2.7 看門狗模塊40-41
• 4.2.8 串行E~2PROM寫入模塊41
• 4.3 小結41-42
• 5 數(shù)據(jù)處理42-59
• 5.1 超聲波多普勒信號42-44
• 5.1.1 時域多普勒信號表達式42
• 5.1.2 頻域多普勒信號42-44
• 5.1.3 功率譜密度與流速的關系44
• 5.2 多普勒信號的獲取與分析44-51
• 5.2.1 信號的取樣44-45
• 5.2.2 信號的功率譜分析45-48
• 5.2.3 信號的移位及平方放大48-50
• 5.2.4 多普勒頻移值的學習50-51
• 5.3 窗函數(shù)51-54
• 5.3.1 窗函數(shù)的要求51-52
• 5.3.2 幾種窗函數(shù)的比較52-54
• 5.4 數(shù)字濾波方法54-58
• 5.4.1 濾波方法的選擇及處理結果54-56
• 5.4.2 一種中值濾波快速算法56-58
• 5.5 小結58-59
• 6 新技術的展望59-62
• 6.1 頻譜細化59
• 6.2 多聲道測量59-60
• 6.3 多普勒信號的小波分析法60-62
• 結束語62-63
• 參考文獻63-65
• 致謝65-67

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 周永貴;李小京;;超聲波多普勒流量計信號處理方法研究[A];全國第五屆信號和智能信息處理與應用學術會議�？�(第一冊)[C];2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 任寶;風翼—柴油機混合動力船舶特性分析研究與風帆控制系統(tǒng)設計[D];大連海事大學;2011年

2 金晶;基于ARM的超聲波風速測量系統(tǒng)設計[D];南京信息工程大學;2008年

3 韓新春;風帆助力船舶風速風向的檢測方法研究[D];大連海事大學;2010年

4 曹亞鵬;基于超聲波方法的一次風風速監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D];東北電力大學;2010年

5 葛志鑫;移動式超聲波風速風向測量系統(tǒng)[D];南京信息工程大學;2012年

6 張延成;基于FPGA的地面測風系統(tǒng)研究與設計[D];南京理工大學;2013年

7 楊軍;風力助航船的風向風速的檢測方法研究[D];大連海事大學;2013年

  本文關鍵詞：雙頻超聲波多普勒流量計的研究與設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：292747