與傳統(tǒng)孔板、渦街、渦輪流量計(jì)相比,氣體超聲波流量計(jì)具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度和測(cè)量重復(fù)性。特別是在大口徑天然氣管道的流量測(cè)量方面,其優(yōu)勢(shì)更加明顯。但是,由于超聲波信號(hào)在氣體中傳播時(shí),能量衰減嚴(yán)重。隨著氣體流速的增加,回波信號(hào)幅值變小,信噪比降低,容易受噪聲干擾,導(dǎo)致氣體超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度和測(cè)量范圍都受到限制。為此,本文從對(duì)回波能量積分的角度,得出了回波信號(hào)能量的變化規(guī)律,提出了一種基于回波能量積分的信號(hào)處理方法,以及相應(yīng)的參數(shù)選取方法,準(zhǔn)確地找到回波信號(hào)的特征點(diǎn),進(jìn)而計(jì)算得到超聲波信號(hào)的順、逆流的傳播時(shí)間,完成氣體流量的測(cè)量。通過仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M了所述信號(hào)處理方法在噪聲流和脈動(dòng)流情況下的抗干擾能力,說明了方法具有較高的容錯(cuò)性,對(duì)回波信號(hào)頻帶之中的噪聲有一定的抑制效果。在基于 DSP(Digital Signal Processor)和 FPGA(Field Programmable Gate Array)的雙核心系統(tǒng)上,實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)了上述信號(hào)處理方法,有效地提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度,擴(kuò)寬了可測(cè)流量的范圍。為了驗(yàn)證信號(hào)處理方法和研制系統(tǒng)的有效性,在安徽省計(jì)量科學(xué)研究院進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果表明,基于回波能量積分的雙聲道氣體超聲波流量計(jì),示值誤差和重復(fù)性都滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)1級(jí)準(zhǔn)確度的氣體超聲波流量計(jì)的要求。研制的系統(tǒng)不僅具有較高的實(shí)時(shí)性,并且,最大可測(cè)流量達(dá)到1200 m3/h,量程比達(dá)到1:120,有效地?cái)U(kuò)寬了氣體超聲波流量計(jì)的測(cè)量范圍。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH814.92
【部分圖文】：

逡逑圖１．邋１氣體超聲波流量計(jì)一次儀表實(shí)物圖逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｇａｓ邋ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ逡逑Ｉ邋３邐－邋＼邐邐１逡逑圖１．２邋—次儀表剖面結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ逡逑超聲波換能器的工作過程是：通過激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)后，超聲波換能器會(huì)發(fā)射逡逑出超聲波信號(hào)，而在同一聲道中相對(duì)的超聲波換能器在一段時(shí)間后接收到該超聲逡逑波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即超聲波回波信號(hào)，為后續(xù)的流速計(jì)算提供依據(jù)。逡逑本文所述的雙聲道氣體超聲波流量計(jì)的一次儀表中，４個(gè)換能器采用“直射式”的分逡逑布，其型號(hào)是ＡＩＲＭＡＲ公司的收發(fā)兩用型ＡＴ２００換能器［ｎ］。其中心頻率，即最佳逡逑的工作頻率為２００邋ｋＨｚ。其中，換能器Ａ和換能器Ｄ組成第一個(gè)聲道；換能器Ｂ逡逑和換能器Ｃ組成第二個(gè)聲道。聲道布置圖如圖１．３所示。逡逑２逡逑

Ｆｉｇ邋１．１邋Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｇａｓ邋ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ逡逑Ｉ邋３邐－邋＼邐邐１逡逑圖１．２邋—次儀表剖面結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ逡逑超聲波換能器的工作過程是：通過激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)后，超聲波換能器會(huì)發(fā)射逡逑出超聲波信號(hào)，而在同一聲道中相對(duì)的超聲波換能器在一段時(shí)間后接收到該超聲逡逑波信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即超聲波回波信號(hào)，為后續(xù)的流速計(jì)算提供依據(jù)。逡逑本文所述的雙聲道氣體超聲波流量計(jì)的一次儀表中，４個(gè)換能器采用“直射式”的分逡逑布，其型號(hào)是ＡＩＲＭＡＲ公司的收發(fā)兩用型ＡＴ２００換能器［ｎ］。其中心頻率，即最佳逡逑的工作頻率為２００邋ｋＨｚ。其中，換能器Ａ和換能器Ｄ組成第一個(gè)聲道；換能器Ｂ逡逑和換能器Ｃ組成第二個(gè)聲道。聲道布置圖如圖１．３所示。逡逑２逡逑

Ｆｉｇ邋１．３邋Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ逡逑１．３所示，在測(cè)量過程中，同一聲道的換能器既可以接收又可以一次完整的測(cè)量過程，即得到一個(gè)雙聲道測(cè)量的流量結(jié)果，包接收，即首先Ａ發(fā)射Ｄ接收，然后，Ｄ發(fā)射Ａ接收；再次ＣＢ發(fā)射Ｃ接收。該過程的４次激勵(lì)換能器和４次接收回波信號(hào)和接收，然后再進(jìn)行信號(hào)處理，獲得氣體的流速及流量。逡逑量原理逡逑超聲波流量計(jì)的主要測(cè)量原理有多普勒效應(yīng)法［１４］、相關(guān)法［１５’１６］溫度等各種影響因素較小，效果好，應(yīng)用最為廣泛。其測(cè)量原所示。當(dāng)管道內(nèi)沒有氣體流過時(shí)，氣體流速ｖ等于０。超聲波的速的干擾，因?yàn)槁暤谰嚯xＺ是一定的，所以，超聲波信號(hào)由Ａ?xí)r間是一樣的；當(dāng)氣體流過時(shí)，氣體流速ｖ不等于０。氣體流向器Ａ在上游，換能器Ｄ在下游。由Ａ到Ｄ的超聲波傳播路徑上體流速的分量，那么，超聲波就會(huì)加速傳播，對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)間

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本文編號(hào)：2828290