與傳統(tǒng)孔板、渦街、渦輪流量計相比,氣體超聲波流量計具有較高的測量準(zhǔn)確度和測量重復(fù)性。特別是在大口徑天然氣管道的流量測量方面,其優(yōu)勢更加明顯。但是,由于超聲波信號在氣體中傳播時,能量衰減嚴(yán)重。隨著氣體流速的增加,回波信號幅值變小,信噪比降低,容易受噪聲干擾,導(dǎo)致氣體超聲波流量計的測量準(zhǔn)確度和測量范圍都受到限制。為此,本文從對回波能量積分的角度,得出了回波信號能量的變化規(guī)律,提出了一種基于回波能量積分的信號處理方法,以及相應(yīng)的參數(shù)選取方法,準(zhǔn)確地找到回波信號的特征點(diǎn),進(jìn)而計算得到超聲波信號的順、逆流的傳播時間,完成氣體流量的測量。通過仿真實(shí)驗?zāi)M了所述信號處理方法在噪聲流和脈動流情況下的抗干擾能力,說明了方法具有較高的容錯性,對回波信號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)時實(shí)現(xiàn)了上述信號處理方法,有效地提高了測量的準(zhǔn)確度,擴(kuò)寬了可測流量的范圍。為了驗證信號處理方法和研制系統(tǒng)的有效性,在安徽省計量科學(xué)研究院進(jìn)行了實(shí)驗標(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,示值誤差和重復(fù)性都滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對1級準(zhǔn)確度的氣體超聲波流量計的要求。研制的系統(tǒng)不僅具有較高的實(shí)時性,并且,最大可測流量達(dá)到1200 m3/h,量程比達(dá)到1:120,有效地擴(kuò)寬了氣體超聲波流量計的測量范圍。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：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：通過激勵信號的驅(qū)動后，超聲波換能器會發(fā)射逡逑出超聲波信號，而在同一聲道中相對的超聲波換能器在一段時間后接收到該超聲逡逑波信號，將其轉(zhuǎn)換成電信號，即超聲波回波信號，為后續(xù)的流速計算提供依據(jù)。逡逑本文所述的雙聲道氣體超聲波流量計的一次儀表中，４個換能器采用“直射式”的分逡逑布，其型號是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組成第一個聲道；換能器Ｂ逡逑和換能器Ｃ組成第二個聲道。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：通過激勵信號的驅(qū)動后，超聲波換能器會發(fā)射逡逑出超聲波信號，而在同一聲道中相對的超聲波換能器在一段時間后接收到該超聲逡逑波信號，將其轉(zhuǎn)換成電信號，即超聲波回波信號，為后續(xù)的流速計算提供依據(jù)。逡逑本文所述的雙聲道氣體超聲波流量計的一次儀表中，４個換能器采用“直射式”的分逡逑布，其型號是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組成第一個聲道；換能器Ｂ逡逑和換能器Ｃ組成第二個聲道。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量過程，即得到一個雙聲道測量的流量結(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次激勵換能器和４次接收回波信號和接收，然后再進(jìn)行信號處理，獲得氣體的流速及流量。逡逑量原理逡逑超聲波流量計的主要測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。其測量原所示。當(dāng)管道內(nèi)沒有氣體流過時，氣體流速ｖ等于０。超聲波的速的干擾，因為聲道距離Ｚ是一定的，所以，超聲波信號由Ａ?xí)r間是一樣的；當(dāng)氣體流過時，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，超聲波就會加速傳播，對應(yīng)的傳播時間

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本文編號：2828290