隨著工業(yè)現代化進程的推進,物位測量設備與環(huán)境交互也在快速增加。導波雷達物位計作為新型物位測量儀器,以其耐高溫、高壓、真空以及受溫度粉塵影響小等優(yōu)點,廣泛應用于工業(yè)領域。將導波雷達物位計與現場總線結合進行測量物位,能夠解決傳統(tǒng)意義上的4~20m A回路只能傳輸單一參數的問題,也保留了對原來的4~20m A模擬回路的兼容性。但測量物位計中存在傳感器自身結構產生的回波、二次回波疊加、隨機尖峰脈沖及噪聲等,導致物位回波中存在虛假回波干擾。本文針對高溫、粘稠等惡劣工業(yè)應用環(huán)境,在HART通信協議與物位測量方法研究基礎上,完成了回波信號的采樣,對現場回波信號進行識別,得到真實物位回波;采取相應去噪方法消除物位回波中的噪聲干擾;利用粒子群方法對測量的物位值樣本分析,使得物位值更加可靠。論文在數據處理的基礎上完成了軟硬件設計,研制出了一套高精度的物位計。論文的工作內容主要體現在以下幾個方面:(1)利用現有設備對高頻回波信號進行采樣時,難以獲取信號的全部特征,導致信號采集不完整。為此,基于回波信號的周期性特點,提出了采用等效采樣原理對雷達回波信號處理,將高頻信號進行重復采樣,在不斷增加采樣周期的情況下,完成對高頻回波信號的時間間隔檢測,同時根據RAM與基準時鐘提出的混合等效采樣完成對信號時間的檢測;利用多普勒效應原理進行混頻分析,識別多參數物位回波,在MATLAB環(huán)境下,得到了含有雜波與不含雜波的信號頻譜,對不同的雷達回波信號進行了識別仿真,進而確定出了物位回波。(2)針對回波信號中的各種噪聲信號干擾,通過自適應最小均方誤差算法(Least Mean Square,LMS)對物位回波信號進行前端處理,利用系統(tǒng)迭代權矢量進行權系數更新,實現LMS濾波;提出利用小波變換處理回波信號,在MATLAB環(huán)境下,分析了Sy4、Sy8和Haar小波基處理回波信號的優(yōu)缺點,利用去相關檢驗原理確定最優(yōu)分解層數,提出了改進后的小波變換進行閾值去噪,并且對比了幾種小波基對信號的去噪性能;利用粒子群優(yōu)化方法對測量的物位值樣本分析,進行粒子建模,并且提出改進的盲均衡算法,利用MATLAB仿真驗證算法的有效性。(3)設計了一套新的遠程物位測量系統(tǒng),該系統(tǒng)分為回波信號采集模塊和遠程手操器兩個部分。回波信號采集部分采用基于ARM7的STM32為處理器進行數據處理,在MDK-ARM軟件環(huán)境下利用C語言進行了模塊化編程。HART通訊部分由A5191型芯片與AD5421轉換器組成,手操器采用S3C2416作為核心控制的MCU,并在VS2010環(huán)境下開發(fā)了基于智能設備的MFC軟件界面。遠程手操器作為便攜式設備在工業(yè)現場可以實現參數查詢、參數設置和標定等功能。系統(tǒng)測試與實驗表明:物位測量精度可達到1.6%F.S,與現有去噪方法相比,提出的去噪方法在抑制噪聲的同時,較好地保留了信號奇異性特征,避免了偽吉布斯振蕩;通過優(yōu)化后的物位值更加可靠、收斂速度較快且穩(wěn)態(tài)誤差較小。測量系統(tǒng)具備參數設置、查詢和標定等功能,智能化程度較高,本文研究成果已應用于實際工業(yè)自動化過程中的物位測量。
【學位單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN957.51
【部分圖文】：

整體結構圖

- 6 -圖 2.2 液位測量原理圖測量具體原理如圖 2.2 所示，物位計發(fā)射的高頻脈沖沿著導波桿向下傳播，在傳播程中碰到待測量的物位物料的表面時，由于儲液罐體的介電常數與空氣中不同，電磁脈沖在物料面進行反射，且沿導波桿向上傳播，被儀表頂端的天線所接收，最后利用

蘭州交通大學碩士學位論文間差測量出料位信息。因此利用此測量方式，當高頻信號沿導波桿傳輸時，不方向的擴散，在一些狹窄的罐體使用物位計時，不會產生較多的干擾反射回波過測量脈沖信號在導波桿傳播時間T ，計算出導波探頭距離物位的距離，進而位高度，物位高度H 與傳輸時間T 可表示為：2VTH L (2L為儀表桿的長度，V 是脈沖傳輸速度。圖 2.3 所示，物位計整體上由脈沖發(fā)射、信號測量、信號調理和 HART 通訊及模塊構成。
【參考文獻】

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1 雷煌;;基于提升小波變換的煤倉雷達物位計信號降噪研究[J];煤炭工程;2015年08期

2 王鵬;邱天爽;李景春;譚海峰;;無源雷達目標信號時延與多普勒頻率聯合估計[J];通信學報;2015年05期

3 李慧玲;;差壓式液位計的誤差分析與處理[J];自動化與儀器儀表;2015年04期

4 魏萌;徐科軍;劉錚;;基于特征參數識別的導波雷達物位計信號處理方法[J];電子測量與儀器學報;2015年04期

5 韓業(yè)輝;龐楊;李巖;;放射性同位素儀表在化工生產裝置中的應用[J];自動化技術與應用;2015年03期

6 易茂祥;陶金;吳友杰;吳格;余成林;梁華國;;一種基于電力線的現場總線設計與仿真[J];電子測量與儀器學報;2015年02期

7 吳光文;王昌明;包建東;陳勇;胡揚坡;;基于自適應閾值函數的小波閾值去噪方法[J];電子與信息學報;2014年06期

8 吳曉燕;虞啟凱;焦玉成;;基于ARM11的智能儀表電磁流量計[J];儀表技術與傳感器;2013年04期

9 劉秀平;李小平;孫海峰;;提升小波的X射線脈沖星信號降噪[J];光學學報;2013年03期

10 趙耀東;呂曉德;李紀傳;向茂生;;無源雷達多普勒譜分析實現動目標檢測的方法[J];雷達學報;2013年02期

本文編號：2840383