隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn),物位測量設(shè)備與環(huán)境交互也在快速增加。導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)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(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。將導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)與現(xiàn)場總線結(jié)合進(jìn)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(shù)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(jì)中存在傳感器自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的回波、二次回波疊加、隨機(jī)尖峰脈沖及噪聲等,導(dǎo)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(yīng)用環(huán)境,在HART通信協(xié)議與物位測量方法研究基礎(chǔ)上,完成了回波信號的采樣,對現(xiàn)場回波信號進(jìn)行識別,得到真實(shí)物位回波;采取相應(yīng)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(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上完成了軟硬件設(shè)計(jì),研制出了一套高精度的物位計(jì)。論文的工作內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)利用現(xiàn)有設(shè)備對高頻回波信號進(jìn)行采樣時(shí),難以獲取信號的全部特征,導(dǎo)致信號采集不完整。為此,基于回波信號的周期性特點(diǎn),提出了采用等效采樣原理對雷達(dá)回波信號處理,將高頻信號進(jìn)行重復(fù)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(shí)間間隔檢測,同時(shí)根據(jù)RAM與基準(zhǔn)時(shí)鐘提出的混合等效采樣完成對信號時(shí)間的檢測;利用多普勒效應(yīng)原理進(jìn)行混頻分析,識別多參數(shù)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(dá)回波信號進(jìn)行了識別仿真,進(jìn)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(yīng)最小均方誤差算法(Least Mean Square,LMS)對物位回波信號進(jìn)行前端處理,利用系統(tǒng)迭代權(quán)矢量進(jìn)行權(quán)系數(shù)更新,實(shí)現(xiàn)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(diǎn),利用去相關(guān)檢驗(yàn)原理確定最優(yōu)分解層數(shù),提出了改進(jìn)后的小波變換進(jìn)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(jìn)行粒子建模,并且提出改進(jìn)的盲均衡算法,利用MATLAB仿真驗(yàn)證算法的有效性。(3)設(shè)計(jì)了一套新的遠(yuǎn)程物位測量系統(tǒng),該系統(tǒng)分為回波信號采集模塊和遠(yuǎn)程手操器兩個(gè)部分�；夭ㄐ盘柌杉糠植捎没贏RM7的STM32為處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,在MDK-ARM軟件環(huán)境下利用C語言進(jìn)行了模塊化編程。HART通訊部分由A5191型芯片與AD5421轉(zhuǎn)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(shè)備的MFC軟件界面。遠(yuǎn)程手操器作為便攜式設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)查詢、參數(shù)設(shè)置和標(biāo)定等功能。系統(tǒng)測試與實(shí)驗(yàn)表明:物位測量精度可達(dá)到1.6%F.S,與現(xiàn)有去噪方法相比,提出的去噪方法在抑制噪聲的同時(shí),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(shù)設(shè)置、查詢和標(biāo)定等功能,智能化程度較高,本文研究成果已應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)自動化過程中的物位測量。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN957.51
【部分圖文】：

整體結(jié)構(gòu)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(jì)發(fā)射的高頻脈沖沿著導(dǎo)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(shí)，由于儲液罐體的介電常數(shù)與空氣中不同，電磁脈沖在物料面進(jìn)行反射，且沿導(dǎo)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(xué)碩士學(xué)位論文間差測量出料位信息。因此利用此測量方式，當(dāng)高頻信號沿導(dǎo)波桿傳輸時(shí)，不方向的擴(kuò)散，在一些狹窄的罐體使用物位計(jì)時(shí)，不會產(chǎn)生較多的干擾反射回波過測量脈沖信號在導(dǎo)波桿傳播時(shí)間T ，計(jì)算出導(dǎo)波探頭距離物位的距離，進(jìn)而位高度，物位高度H 與傳輸時(shí)間T 可表示為：2VTH L (2L為儀表?xiàng)U的長度，V 是脈沖傳輸速度。圖 2.3 所示，物位計(jì)整體上由脈沖發(fā)射、信號測量、信號調(diào)理和 HART 通訊及模塊構(gòu)成。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2840383