發(fā)布時間：2020-07-07 06:27

【摘要】：天然氣是一種清潔高效的能源,隨著我國能源結構的優(yōu)化,中國的天然氣市場正處于一個飛速發(fā)展的時期。氣體超聲波流量計憑借其無阻流部件、無活動部件、適合大管徑測量、無壓損、量程比大等優(yōu)點從眾多氣體流量計中脫穎而出,在天然氣貿易計量中得到廣泛應用。然而我國在該領域的起步較晚,在關鍵技術上的研究不夠成熟,目前在大中型輸氣管道和調壓門站采用的都是國外產(chǎn)品,因此研發(fā)國產(chǎn)高精度氣體超聲波流量計具有重大意義。本論文查閱了大量相關的國內外文獻,對氣體超聲波流量計技術進行了概述分析,在此基礎上針對高流速下超聲波接收信號信噪比低和波形畸變造成的渡越時間測量不準確問題開展了研究。論文主要的工作和創(chuàng)新點如下:1.設計了高壓驅動的氣體超聲波流量計樣機。高壓驅動模塊設計了三級驅動電壓放大電路,產(chǎn)生最高可達±70V的驅動電壓,相比之前±12V的驅動電壓,從源頭上提高了超聲波信號的能量。信號調理模塊設計了四級信號處理電路,包括可編程增益模塊,在高流速情況下可自動調整增益大小,確保超聲波接收信號具有較高的信噪比。2.提高了超聲波信號的采樣頻率,從而提高了渡越時間測量的分辨率�；ハ嚓P算法計算結果的精確度與采樣頻率有關,采樣頻率越高,計算結果越準確。本論文對DSP芯片內部資源進行了合理的分配,在滿足測量所需資源的基礎上盡可能把采樣頻率提高。通過實驗驗證,6MHz的采樣頻率已達到該DSP內部資源的上限,因此將本樣機系統(tǒng)的采樣頻率設置為6MHz,相比于4MHz的采樣頻率,渡越時間分辨率提高了 33.3%。3.研究了不同激發(fā)波形模態(tài)對超聲波信號互相關函數(shù)波形形態(tài)的影響,確定了本流量計系統(tǒng)理想的激發(fā)波形模態(tài)�；ハ嚓P函數(shù)波形形態(tài)對渡越時間計算精度影響最大的地方在于最大值點和相鄰極大值點之間的縱坐標差,本論文采用相位翻轉的方波序列組合波形作為激發(fā)波形,以最大值點和相鄰極大值點之間的縱坐標差的大小作為性能評價指標,通過實驗確定了理想的組合波形作為本流量計系統(tǒng)的激發(fā)波形。該理想的激發(fā)波形模態(tài)相比其余激發(fā)波形模態(tài)顯著增大了互相關函數(shù)最大值點和相鄰極大值點之間的縱坐標差,具有較強的抗最大值點波動的能力,有利于提升渡越時間計算的穩(wěn)定性和準確性。4.提出了一種基于互相關函數(shù)包絡特征點的超聲波渡越時間計算方法。該方法選取整個互相關函數(shù)波形包絡正值遞增區(qū)間中相鄰極大值差最大的兩個極大值點,把其中幅值較大的極大值點作為特征點來計算渡越時間。在從低流速到高流速的整個測量區(qū)間中,該特征點在互相關函數(shù)波形包絡的位置相對穩(wěn)定,且相比于最大值點,該點與相鄰極大值點之間有更大的縱坐標差,提高了渡越時間測量的重復性。最后,基于上述研究,搭建了實驗平臺并開展了實驗驗證和相對誤差、重復性測試,實驗結果驗證了本論文所提出方法的有效性。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH814
【圖文】：

順逆流傳播速度中包含著氣體流速信息。傳播速度差法就是利用順逆流傳播的超逡逑聲波信號傳播速度不同從而根據(jù)數(shù)學公式計算出氣體流速，進而檢測氣體流量的。逡逑傳播速度差法原理示意圖如圖２．１所示。逡逑超聲波換能器１逡逑ｙ、逡逑超聲波換能器２逡逑圖２．１傳播速度差法原理示意圖逡逑其中，超聲波換能器１和２分別布置在管道的上下游，既可作為發(fā)射換能器逡逑來產(chǎn)生超聲波信號，也可作為接收換能器接收超聲波信號，兩個超聲波換能器之逡逑間構成一個超聲波信號傳播聲道，ｖ為氣體流速，Ｚ為聲道長度，０為聲道與管逡逑道軸向夾角，ｃ／為管道內徑，為逆流方向，ｒｆ0Ｗ／７為順流方向。根據(jù)直接檢測逡逑量的不同，傳播速度差法可以分為時差法、相差法和頻差法，其中，時差法憑借逡逑其實現(xiàn)簡單，測量精度高等優(yōu)點在氣體超聲波流量計領域應用得最廣。逡逑時差法直接檢測的是超聲波信號在聲道的渡越時間（也即傳播時間），受氣逡逑體流速的調制

質的溫度和壓力一定時，超聲波聲速ｃ是一定的，而在氣體體流速一般遠小于超聲波聲速，即存在ｃ２？ｖ２邋ｃｏｓ２l挘潁矗┧盡ｅ義希玻體澹悖錚簀澹瑰義稀蓿觶沐義隙稍絞奔洳鈑肫辶魎儷上咝怨叵擔墑劍ǎ玻矗┘純汕蟪銎澹ǎ玻擔┧盡ｅ義希悖玻停鰣�？逦２ＬｃｅP簀錶掑義銑齔ㄋ襯媼鞫稍絞奔洳�，便亢Y菔劍ǎ玻擔┣蟪銎辶魎�，｀P矗罰蕁ｅ義匣謁婊痰南喙乩礪郟ü侗鴣銎逅婊鞫肷偶撲愕貿銎辶魎�，进而得禂圇量的方法。相关法原理示�

本文編號：2744769