發(fā)布時間：2018-01-03 23:07

  本文關(guān)鍵詞：多聲道多普勒超聲波污水流量測量技術(shù)研究　出處：《東華理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 多普勒超聲波 多聲道 超聲波衰減 建模與仿真 污水流量測量

【摘要】：近年來,隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,環(huán)境污染問題日漸突顯,特別是水資源污染問題。為了改善這種現(xiàn)狀,實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用,需要通過對污水排放情況進行更加精確的實時監(jiān)測,來評估水資源利用的環(huán)保水平,因此對污水流量的計量技術(shù)提出了新的要求。本文基于超聲波多普勒效應理論,建立了污水流量測量的數(shù)學模型。推導了超聲波發(fā)射、接收的傳導公式,得出由多普勒頻移值來獲得流量的數(shù)學公式;通過分析管道流場速度分布規(guī)律,進行了管道橫截面平均流速加權(quán)修正,完善了多聲道多普勒超聲波污水流量測量數(shù)學模型。本文對多普勒超聲波流量測量中的相關(guān)理論進行了分析研究。通過MATLAB軟件對超聲波傳播的散射衰減、熱傳導衰減、粘滯衰減特性進行了仿真,得到介質(zhì)的密度、動力粘度、超聲波的頻率及散射顆粒半徑等參數(shù)與超聲波總衰減系數(shù)之間的關(guān)系,得出超聲波散射衰減主要影響散射回波信號的幅值,驗證了多普勒法測量的可行性。針對超聲波發(fā)射頻率和傳感器的安裝位置進行了計算和分析,為了提高運算速度采用了快速傅立葉算法與插值算法這兩種頻率估計算法。本文詳細設(shè)計了多聲道多普勒超聲波污水流量測量方案。硬件設(shè)計方面,完成了以DSP為核心的微處理器系統(tǒng)電路、信號反射與接收電路、通道切換與控制電路、系統(tǒng)電源供電等模塊設(shè)計;軟件設(shè)計方面,完成了系統(tǒng)監(jiān)控軟件與功能程序設(shè)計。最后,針對DFT與FFT算法的運算量進行了比較,通過仿真對算法進行了驗證。通過使用插值算法來進一步提高頻率的分辨率,基于DSP硬件加速運用FFT算法與插值算法來分析、處理數(shù)據(jù),以此加快了數(shù)據(jù)的處理效率,提高測量結(jié)果實時性。本文對系統(tǒng)中信號的發(fā)射與接收、帶通濾波和混頻電路調(diào)試,驗證了系統(tǒng)設(shè)計滿足多聲道多普勒污水流量測量的要求。
[Abstract]:In recent years, with the rapid development of China's economy, the problem of environmental pollution has become increasingly prominent, especially the problem of water pollution. In order to improve this situation, we can realize the sustainable use of water resources. More accurate real-time monitoring of sewage discharges is needed to assess the environmental level of water use. Based on the theory of ultrasonic Doppler effect, the mathematical model of sewage flow measurement is established, and the transmission formula of ultrasonic emission and receiving is derived. The mathematical formula for obtaining the flow rate from the Doppler frequency shift value is obtained. Based on the analysis of the velocity distribution of the pipeline flow field, the weighted average velocity of the pipeline cross section is modified. The mathematical model of multi-channel ultrasonic ultrasonic sewage flow measurement is improved. The related theory of Doppler ultrasonic flow measurement is analyzed in this paper. The scattering attenuation of ultrasonic wave propagation is analyzed by MATLAB software. Minus. The properties of heat conduction attenuation and viscosity attenuation are simulated, and the relationship between the density, the dynamic viscosity, the frequency of ultrasonic wave and the radius of scattering particles is obtained. It is concluded that the attenuation of ultrasonic scattering mainly affects the amplitude of scattering echo signal, which verifies the feasibility of Doppler measurement. The frequency of ultrasonic emission and the installation position of sensor are calculated and analyzed. In order to improve the operation speed, two frequency estimation algorithms, fast Fourier algorithm and interpolation algorithm, are adopted. In this paper, the multi-channel Doppler ultrasonic sewage flow measurement scheme is designed in detail. The circuit of microprocessor system based on DSP, the circuit of signal reflection and receiving, the circuit of channel switching and control, the power supply of the system and so on are designed. In software design, the system monitoring software and functional programming are completed. Finally, the computation of DFT and FFT algorithm is compared. The algorithm is verified by simulation. By using interpolation algorithm to further improve the frequency resolution, FFT algorithm and interpolation algorithm are used to analyze and process data based on DSP hardware acceleration. In order to speed up the efficiency of data processing, improve the real-time measurement results. The system signal transmission and reception, bandpass filtering and mixing circuit debugging. It is verified that the design of the system can meet the requirements of multi-channel Doppler sewage flow measurement.
【學位授予單位】：東華理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X832;TB559

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 任增強;李躍忠;錢永安;;超聲污水流量測量的數(shù)學建模及影響因素分析[J];山西大同大學學報(自然科學版);2017年02期

2 李明川;姚軍;葛家理;;滲流力學進展與前沿[J];力學季刊;2012年01期

3 周利華;修吉平;;時差式超聲波氣體流量計的研制[J];儀表技術(shù)與傳感器;2007年06期

4 毛大恒;張云芳;聶朝輝;劉巧紅;鐘掘;;Effects of ultrasonic treatment on structure of roll casting aluminum strip[J];Journal of Central South University of Technology;2007年03期

5 YOSHIOKA Hiroshi,TAKAYAMA Tomotsuka,SERIZAWA Shigeatsu;ADCP application for long-term monitoring of coastal water[J];Acta Oceanologica Sinica;2005年01期

6 李克讓,麻偉巍,陳明;Testing and Analysis of the Speed of Water Jet in Water Jet Looms[J];Journal of DongHua University;2003年01期

7 鄭永剛,謝翠麗;非牛頓流體在圓管中分層流動及減阻規(guī)律[J];水動力學研究與進展(A輯);2000年03期

8 鄭永剛,謝翠麗,姚澤西;非牛頓流體在圓管中層流-紊流分層流動規(guī)律[J];四川大學學報(工程科學版);2000年03期

9 王子延,吳海波,李昕;超聲多普勒流量計實現(xiàn)分區(qū)流速測量的方法研究[J];西安交通大學學報;2000年03期

10 張衛(wèi)東,張圣訓;超聲換能器驅(qū)動電路的設(shè)計[J];儀表技術(shù)與傳感器;1993年04期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 羅守南;基于超聲多普勒方法的管道流量測量研究[D];清華大學;2004年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 歐莉;能源在線監(jiān)測系統(tǒng)中電力信息采集器的設(shè)計與實現(xiàn)[D];東華理工大學;2016年

2 吳寧;煤泥綜合利用發(fā)電技術(shù)在黃陵礦區(qū)的應用研究[D];西安科技大學;2015年

3 曹譯恒;多聲道超聲波流量計的設(shè)計與實驗研究[D];河南工業(yè)大學;2015年

4 張全興;超聲波非均勻介質(zhì)傳播衰減特性研究[D];沈陽工業(yè)大學;2015年

5 時文娟;超聲波流量信號采集與處理技術(shù)研究[D];西安石油大學;2014年

6 馮宇;基于超聲波的混合介質(zhì)中套管探測研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

7 胡長江;基于FPGA的超聲波液體流量計的設(shè)計[D];哈爾濱理工大學;2013年

8 陳賢志;超聲波傳播及水處理性能的實驗研究[D];北京工業(yè)大學;2012年

9 高慶;超聲多普勒流量計信號處理模塊設(shè)計[D];電子科技大學;2012年

10 王群;基于ARM與GPRS的污水在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[D];蘭州理工大學;2011年

，

本文編號：1375978