基于回波峰值拟合的气体超声流量计信号处理

针对从气体超声波流量计回波信号中难以确定到达时刻,而仪表又要求具有较高实时性的问题,提出一种基于回波上升段峰值拟合的气体超声流量计信号处理方法,以及拟合峰值范围的确定方法。首先根据拟合峰值范围,在回波信号的上升阶段,选取若干个峰值点,对各峰值点进行最小二乘拟合,得到特征直线,将该直线与X轴的交点作为特征点,确定回波信号的到达时刻,进而计算出超声波传播时间,得到气体流量。研制实现基于回波上升段峰值拟合的气体超声流量计,进行标定实验,以验证方法和仪表的有效性。     

一种气体超声波流量计信号处理方法研究

针对气体超声波流量计信号处理中很难确定特征点的问题,提出一种基于可变阈值过零检测的信号处理方法,准确地找到信号的特征波,从而求得超声波信号的传播时间,准确测量气体流量。在以DSP和FPGA为双核心的气体超声波流量计信号处理系统上实时实现这种方法。采用判断"台阶"的方法,剔除噪声干扰所带来的误差,提高测量结果的稳定性。采用分段线性校正的方法,修正非线性误差,提高系统的测量精度。气体流量标定实验结果验证了方法和系统的有效性。     

基于DSP的四声道超声气体流量测量技术研究

针对超声波流量计在低流速流体测量中准确性低、可靠性低、误差大的缺陷,提出一种基于数字信号处理器(DSP)的四声道气体超声流量测量技术。首先,基于超声波流量计的测量原理选择时差法作为流量测量算法,并确定超声波流量计的声道布置方案;其次,采用数学积分法求取瞬时流量的加权系数,选取TI公司的TMS320F28335型DSP芯片,完成系统硬件的设计;最后,对接收信号进行滤波处理,模拟检测管道内静态和定量状态下流量情况。实验结果表明,在管道静态流量测量中各声道的平均测量误差为0.142%、0.214%、0.278%、0.365%,误差低于±0.4%,符合标准要求。而在低流速定量测量中,样机与标准表平均误差为0.945%,实验数据表明样机检测误差随气体流速的增大而减小,满足设计要求。     

基于双阈值比较法超声波流量计信号处理

选择时差法超声波流量计为研究对象,以其包络超声波信号为基础研究信号处理方法,进一步提高时差法超声波流量计的测量精准度和稳定度。针对超声波流量计信号的特点,提出了双阈值法,利用此方法进行信号畸形与否的判断,再在良好的信号基础上进行流速流量计算。利用双阈值进行5个时间点的采集,同时采集过高阈值的脉冲个数,通过这些条件进行信号判断,满足指定条件的将再此基础上,按照指定的标准进行流速流量计算。实验验证证明该方法提高了流量计的测量精度和稳定度。     

混沌检测法在超声波流量计中的应用

针对时差法超声波流量计产生粗大误差的根源,本文提出了一种新的超声信号处理方法。该方法利用Duffing混沌振子对小信号的敏感性及对强噪声的免疫力,对微弱超声信号进行检测。实验表明,在强噪声的干扰下,混沌检测法能够对微弱超声信号的强弱区间进行有效的区分,可以剔除回波信号非常微弱的时间段。在超声波流量计的信号处理中采用该方法不仅能够避免粗大误差的产生,扩展时差法的使用范围,还能提高测量精度。     

新型医用超声波氧气流量计

以PIC16F886单片机为处理器和超声波检测技术为核心,以MPLAB编写系统软件,设计医用超声波氧气流量计。本系统主要由PIC单片机模块、信号切换电路、模拟放大电路、滤波电路和电压比较电路组成。将氧气通过定长的管道,单片机给超声换能器发送激励信号,测出超声波顺逆流的渡越时间和氧气温度。基于最小二乘法曲面拟合算法,构建氧气流量与温度和时间差的函数关系式,完成对氧气流量的测量。测量结果表明该系统稳定可靠,精度高,具有很高的工程使用价值。     

并行激励的电磁流量计电导率测量系统研制

针对现有的电磁流量计电导率测量方法测量精度低、附加激励与磁场激励分时进行,影响流量测量实时性等问题。 提 出一种并行激励的电磁流量计电导率测量方法,激励电路采用单路高频方波电容耦合的方式,该激励方式可与磁场激励并行激 励,使得流量信号与电导率信号均可以实时测量。 采用带通滤波与基于能量衰减的信号处理方法,提高了电导率测量精度和稳 定性。 流速实验结果表明,并行激励下可以实现电导率和流量同时测量,且在流体电导率为 100 μS / cm~ 3 mS / cm 的范围内测 量精度可以达到 3%,水流量标定精度优于 0. 5 级。     

基于谐波分析的煤浆电磁流量计信号处理方法

针对国内浆液型电磁流量计测量水煤浆流量时出现波动大、甚至回零的问题,采集现场水煤浆信号,进行时域和频域分析,找出其无法稳定测量水煤浆流量的原因。根据水煤浆信号的特征,提出基于励磁频率高次谐波分析的信号处理方法,选取受浆液噪声干扰小的高次谐波幅值来反映流量信号的大小,有效地避开了水煤浆噪声的干扰。在基于DSP的电磁流量计硬件系统上,实时实现水煤浆处理算法,并在现场进行实验。实验结果表明,测量的实时流量波动小于1 m~3/h,与现场实际流量的工况相吻合。     

基于特征参数识别的导波雷达物位计信号处理方法

国内导波雷达物位计根据回波信号的最大峰值来计算传播时间,所以,测量精度差、盲区大。为此,提出一种基于特征参数识别的信号处理方法。对回波信号进行一阶求导得到多个特征参数,根据这些特征参数来判断真实的物位回波;采用移动平均滤波、线性插值和2阶Lagrange插值确定回波定位点以计算传播时间;再对计算结果进行限幅滤波和中位值平均滤波,得到较为准确的测量结果。在相同硬件条件及金属干扰情况下,与国内导波式雷达物位计进行水位测量对比实验。实验结果表明,在理论误差为2~4cm的情况下,所研制系统的实际测量误差小于1cm,测量盲区从30cm减小至20cm。这说明所提方法可以有效地排除干扰,提高了测量精度,减小了测量盲区。     

超声波流量计在南水北调东线泗阳站的应用

介绍了多声路超声波流量计在南水北调东线泗阳站应用的测点布置和采用的声路,并结合机组模型试验证其测量精度,最大误差为0.52%,说明多声路超声波流量计完全可以满足泗阳站工程需求,同时结合流量测量正反转模型试验分析,为南水北调东线泵站多声路超声波流量计的安装位置、声路选择和测量精度确定提供参考。     

铝板表面裂纹的激光超声检测与信号处理研究

为实现铝板表面裂纹缺陷检测,基于 COMSOL 建立铝板表面裂纹缺陷模型,分析了激光超声与缺陷的相互作用。 针对 激光超声在材料内部传播反射信号弱、信噪比较差的问题,提出了信号多次平均结合相邻三点信号差分处理方法。 利用激光超 声可视化检测系统对 5 mm 厚铝板表面 3 个裂缝进行检测,采用信号多次平均提高信噪比并增强最大振幅图中的损伤回波;提 取目标区域内各扫描点信号峰峰值重构三维最大振幅图,通过相邻三点信号差分处理方法对水平、垂直方向上的超声信号进行 处理,提供了更好的缺陷可见性。 结果表明,表面波(R)与深度 1 mm 以内的表面缺陷存在明显的相互作用;激光超声可视化检 测技术可快速检出铝板表面的裂纹且能够三维显示位置及大小,采用的多次平均及相邻三点信号差分处理方法能准确表征 0. 5 mm 以上的缺陷,这将在工业无损检测及评估中有极其广泛的应用价值。     

超声波多普勒流量计换能器的研究与应用

以多普勒效应为基础,进行超声波换能器设计方法和参数选择研究,设计出适用于多普勒流量计的超声波换能器。结合多普勒效应,介绍了超声波多普勒流量计的原理和超声波换能器结构,分析了超声波在管道中的传播过程、换能器等效电路及其材料选择,进而通过计算得到换能器尺寸以及发射角度等参数,根据这些技术参数,进行换能器设计。对超声波换能器进行测试,配以适当的收发电路,得到谐振频率、等效电路的基本参数,收发信号的幅度有所提高,达到流量测量要求。     

大口径超声波流量计内部流-声耦合特性仿真分析

为了探索工业用大口径水流量管道中超声波流量计的使用及其关键的流场-声场耦合机理,针对一DN500大口径超声波流量计进行了流-声耦合数值模拟研究。系统分析了大口径管道中的流场分布特性,揭示了传感器安装结构对于流场和声场带来的综合影响,给出了声波在管道流体中的传播动力学过程,通过换能器的声压接受信号结果计算得到了大口径管道内超声流量计模型的预估流速及计算偏差,其复杂的流-声耦合机理研究对超声波流量测量性能的提升具有重要意义。     

基于整数提升小波时间熵的超声波回波位置检测

超声波的回波位置与信号检测具有十分重要的意义。本文引入小波时间熵技术实现了超声波回波位置的检测,其中针对超声波信号的特点对原有的小波时间熵算法进行了改进。选择适当的窗口宽度,从振动信号的低频系数出发计算时间熵,获得了良好的实际信号处理结果。文中针对超声波回波检测实际装置实现的要求采用了整数提升小波,降低了算法对硬件系统的需求,加快了算法的运行速度与性能。     

基于陷波器和相关法的科氏流量计信号处理方法

科氏流量计信号处理的关键在于频率和相位差的准确估计,频率估计主要存在长时间持续跟踪精度不高的问题,相位差估计主要存在精度不够和实时性较差的问题。首先,通过引入负反馈控制,可有效解决自适应陷波器长时间持续跟踪问题,提高频率估计精度。然后,利用频率估计结果,对自适应陷波器滤波后的增强信号进行整周期数据处理。接着,对整周期数据处理后的信号进行希尔伯特变换。最后,对希尔伯特变换前后的信号进行相关运算,利用正弦公式即可求得相位差,进而求得质量流量。仿真结果表明,本文所提方法具有较高的频率和相位差估计精度,可用于科氏流量计的实时信号处理。     

基于DSP的直管式科氏质量流量变送器研制

针对直管式科里奥利质量流量计固有频率高且相位差小、难以实现高精度测量的问题,对数字式过零检测和计及负频率的DTFT这两套计算频率和相位差的算法进行深入研究,评估其测量的精度和处理的实时性,以说明将其应用于直管式科氏质量流量计的可行性。选择能够满足信号实时处理要求的DSP芯片TMS320C6726为处理核心,研制科氏质量流量变送器。针对直管式科氏质量流量计信号处理的难点和DSP芯片上外围模块资源的局限性,给出变送器硬、软件设计方案,实时实现两套算法。对研制的变送器进行处理时间测试、零点稳定性测试、电信号测试和水流量标定实验。结果表明,所研制的变送器具有较好的处理实时性和精度。     

基于虚拟仪器的质量流量计相位差测量

针对质量流量计相位差测量,从工程中的实际信号入手,结合虚拟仪器相位差检测的过零法,提出了一种设定阈值的改进型过零法,阐述了算法的检测原理,讨论了影响相位差检测精度的因素,提出了改善精度的技术措施和原则。其中阈值的设定、过零点的查找和相位差移位计算为关键技术。实际测量中,相位差测量误差小于0.2°,质量流量计的精度达到1%,满足测量的精度要求。