基于高精度时差法的气体超声流量计研究

针对气体超声流量计在测量中存在回波信号衰减大、波形易受工况影响的问题,提出了一种基于高精度时差的气体超声流量测量方法。该方法首先通过相似度评估回波信号,对回波信号特征点进行准确定位,进而获取飞行时间差的粗测量值,其次选取特定回波波形进行互相关法计算获得时差的细测量值,最后对两次测量结果相加得到高精度时差,从而实现高精度的流量测量。不同压力下的声速测量实验表明该方法在100 kPa至500 kPa范围内可准确测量飞行时间和时差。气体流量计样机的流量测量误差小于1%,重复性优于0.2%,并在大流量下与传统阈值法相比具有更高的准确性和更优的重复性。     

超声波气体流量计反馈回路的最优算法研究

为了实现气体超声波流量计对数据检测准确及稳定的目的,引入先进的控制优化技术进行了超声波气体流量测量原理、自动控制最优反馈回路算法、去除高频和低频噪声等研究,得出了超声波在顺流和逆流情况下运动时间差来确定模型并计算气体流量结论。根据传播速度差、波束位移、多普勒等方法,在实验中提出了仿真信号波形对比可视化展示和误差对比分析来测试不同工况下的流量,成功解决了气体超声流量计的信号检测问题,有效克服传统流量计的缺陷,提高超声波流量计测量精度,运行稳定可靠,为相关企业在管道内气体检测计量工作提供强大的数据支持体系,取得了良好的效果,对打破国外少数厂家技术垄断,填补气体超声波流量计方面的技术装备空白具有重要意义。     

涡街流量计信号的高阶统计量特征

涡街信号的正确分析和有效处理是实现涡街流量计准确测量的先决条件之一.为研究涡街信号的非高斯性,提出了一种基于高阶统计量方法的涡街流量计信号分析的新方法.通过对涡街管壁差压信号的双谱分析,提取了不同流量下信号的非高斯特征.以信号的双谱幅度最大值作为特征参数,对不同流量下涡街信号偏离高斯分布的程度进行了定量估计.实验结果表明:涡街信号的非高斯性随着流量的增大而不断增加.这一研究结果为深入理解涡街现象、进一步优化涡街流量计的设计提供了有力的参考.     

高斯带通滤波器的设计及其在管道超声检测中的应用

本文分析了本文分析了由超声换能器,耦合剂,石油管道组成超声检测系统,得出了超声回波信号的数学模型,依据超声回波信号的数学模型,并利用最大信噪比原理设计出高斯带通滤波器,应用所设计的高斯带通滤波器对超声信号处理,大大提高了信噪比,有效的提取出缺陷信息。滤波后超声回波的包络的峰值对应着各个回波到达的时间。     

基于收发一体聚焦超声换能器的浅表组织损伤实时监测研究

在聚焦超声治疗浅表组织疾病过程中,尚无有效的手段对焦域组织损伤进行监控。以聚焦超声换能器为基础,构建了一套超声治疗和损伤监控一体化的超声脉冲回波信号监测系统。将获取的超声脉冲回波信号进行滤波,提取焦域范围内的回波信号包络,进而得到包络信号的积分值,用该积分数值大小来表征超声脉冲回波信号的强弱。计算出回波信号的相对变化值,从而分析出回波信号的相对变化与组织损伤的关系。离体牛肝实验结果表明：在相同辐照模式下,随着辐照回合数增加,回波信号相对变化值随之增大,组织损伤面积也随之增大。根据换能器接收的回波信号变化可以判断离体组织亚毫米级损伤的形成,且回波信号的强弱与离体组织损伤大小吻合度良好。这为聚焦超声治疗浅表组织疾病提供了一种具有一定应用前景的损伤监测方案和手段。     

基于超声检测的新型二元混合气体传感器

目前,国内气体浓度流量传感器存在混合气体的浓度、流量计量准确度低的问题。为解决该问题,在深入研究超声波气体流量计测量原理的基础上,准确分析了超声波计量二元混合气体浓度、流量的影响因子,提出了一种基于超声检测的新型二元混合气体传感器设计方案。以TMS320VC5402 DSP作为控制芯片,简化了硬件设计,提高了数据处理能力。采用信号有效范围检验方法,利用高精度A/D采集超声波回波信号,并运用拉伊达准则去除信号噪声。基于能量阈值法的基峰确定过零检测方法,可准确检测超声波过零点,精确计算超声波传播时间。结合理想气体状态方程等理论,计算、分析了二元混合气体浓度和流量。给出了新型二元混合气体传感器及实施方案,并对氧气、氮气组成的二元混合气体进行了试验验证。试验结果表明,该设计方案的浓度误差小于1%,流量误差小于1.2%。     

基于超声波流量计的流速模拟器设计

为了解决超声波流量计必须在管道以及流体都存在的情况下才可以进行信号链路功能测试的不便性，设计了一种专门针对超声波流量计的流速模拟系统。流速模拟系统以FPGA为核心，实现了对待测超声波流量计发射起始时间点的检测以及模拟回波信号的产生。通过分别测量顺流和逆流两种情况下的渡越时间差，计算被测流体的流速和流量，并进行数据分析，方便快捷地实现了对超声波流量计收发信号链路的功能验证。     

多声道超声气体流量计的电路设计

介绍了一种多声道超声气体流量计的电路设计.在该流量计中,采用时差法测量管路中气体的线平均流速,再利用加权积分的方法求得其面平均流速和流量.针对超声气体流量计的特点,着重讲述了发射电路的设计,以及各个声道之间如何有效的进行切换,同时也对如何准确识别超声信号进行了讨论.     

基于人工蜂群算法的超声回波参数估计

将适用于求解组合优化问题和连续优化问题的人工蜂群算法运用于超声回波的非线性高斯模型,提出了一种基于人工蜂群算法的超声回波参数估计新方法,给出了算法的基本步骤,并在不同初始条件下对算法的性能进行了仿真。仿真结果表明,该算法的估计精度与初始值的选择无关,不仅能成功估计出超声回波模型的各个参数,而且可在全局范围内取得最优解,与超声回波参数估计的蚂蚁算法相比,该算法具有收敛速度快,运行时间短,鲁棒性好,可进行实时处理的优点。     

基于压电复合材料的二维面阵超声换能器性能研究

采用锆钛酸铅陶瓷基环氧树脂1—3复合压电材料,制作了一种64(8×8)阵元二维面阵超声换能器,并对其进行性能研究.实验测试表明:二维面阵超声换能器一致性良好,回波带宽为40.8％,中心频率为5.0 MHz,与理论设计的3.5 MHz中心频率保持基本一致.对二维面阵超声换能器的声场进行仿真模拟和表征,验证了该超声换能器产...     

超声波流量计换能器参数的选择

超声波换能器是超声波流量计的重要组成部分,它是利用超声波技术进行流量测量的关键,其参数选择直接影响到整个检测系统的性能和可靠度。针对外夹式超声波流量计不能准确地选取换能器的问题,基于时差法测量原理,分析了超声波在管道中的传播过程;进而通过分析计算获取换能器的发射频率、发射角度以及发射强度。根据计算得到的技术参数可以更加准确地选取超声波换能器。     

超声波气体流量测量系统的实现

超声波气体流量计因为其具有许多优点,在工业上获得越来越广泛的应用。超声波气体流量测量需应用一种新的流量测量技术,因为超声气体流量计工作在噪声较强的场合,且信号微弱。超声波气体流量计信号不能用传统的方法检测,在此,数字平均技术及相关技术得到应用,数字平均技术可使信号得到加强,相关技术可使渡越时间测量更精确,流量测量精度可达±2%。     

可编程放大器在超声测距中的应用

超声测距是目前普遍使用的测量技术之一。超声测距的原理是利用超声波在介质中传播损耗小、速度快等特点，以电声换能器自发声点向被测物体发射超声波，超声波到达被测物体产生的反射回波信号被电声换能器接收，则可测得超声波在该介质中的传播时间。根据超声波在介质中的传播速度和传播时间，就可计算出被测物体上声波反射点与声源所在点间的距离。设V为超声波在介质中的传播速度，令t为超声波在发射和反射路径上的传播总平间，则被测物体声波反射点与声源所在点间的距离D由下式确定：D＝V会一’2当测量距离较小时，超声回波信号较强；而…     

抑制气体超声波流量计零点漂移的互易性电路设计

针对气体超声波流量计信号衰减严重、干扰较大的问题,设计了一种适用于气体超声波流量计的互易性收发电路,以消除零点漂移现象提高流量计的测量准确度.换能器配对实验和温度实验表明:互易性测量系统显著改善了流量计的零点漂移问题,并具有良好的测量稳定性.     

提高超声波流量计量精度的方法

时差法超声波流量计通过检测换能器发射和接收的超声波信号的传播时间信号,实现流量的计量。超声波换能器的谐振频率及超声波信号传播过程中相位和幅值的变化等因素,会影响对超声波信号到达时间的准确计量,从而影响流量测量的精度。准确计量超声波信号的到达时刻是提升时差法超生波流量计的计量精度的关键之一。针对换能器发射和接收超声波信号的处理和获取电路进行了设计和分析,得出了实验结果和实验数据,对实验结果给出了实验分析和结论,并通过软件算法给出了进一步提高测量精度的方法。     

多参量MEMS气体质量流量计

介绍了多参量MEMS气体质量流量计的原理、性能和应用。该流量计采用MEMS流量芯片作为一次传感的核心部件．并配以专门的低功耗二次智能仪表，具有超大量程、微功耗、无压损、小流量灵敏、响应时间快及易于远传和网络化管理等优点，相信该流量计会有很广阔的应用前景。     

气体超声流量计回波信号的自适应阈值法研究

时差法超声波流量计常采用双阈值法确定特征点,测量到达特征点时间,从而计算渡越时间。相比于单阈值法,双阈值法一定程度上提高了流量计的准确性,然而超声回波信号在传播时易受到温度、压力以及换能器特性的影响,导致双阈值法在一定工况下特征点产生错误判断。针对此问题,本文提出了一种自适应的双阈值方法并设计硬件电路。该方法可在较低的采样频率下获得回波信号各个波峰幅值,实时更新第一阈值,判断特征点是否一致并进行自动补偿,从而提高渡越时间的测量精度。最终实验结果表明,与传统双阈值法相比该方法具有较好的适应性和计量特性。     

基于超声波时差法的管道流量测定仪设计

煤矿现有抽采管道使用传统瓦斯流量计存在易产生堵塞故障等问题,基于超声波时差法的流量计测量精度高、测量结果重复性好,但不适用于瓦斯抽采管道流量测量,并且需要单独设计超声波驱动电路和信号处理电路,实现难度较大。针对煤矿瓦斯抽采管道的特点,设计了一种基于超声波时差法的管道流量测定仪。在固定的传播距离下,超声波换能器发出的超声波在流体中的传播时间与气体的流速呈函数关系,而流速与管道截面积的乘积即为流量,从而间接得到管道气体流量。该管道流量测定仪以低功耗微处理器STM32F103为核心控制元件,在时间数字转换芯片MAX35104内部通过自动差分飞行时间测量法计算超声波顺逆流传播时间,根据传播时间计算气体流速、瞬时流量和累计流量。测试结果表明,基于超声波时差法的管道流量测定仪的最大绝对误差为0.15 m/s,最大重复性误差为0.17%,符合JJG 1030—2007《超声流量计检定规程》中2级精度要求,同时也满足MT 448—2008《矿用风速传感器》中对超声波式风速传感器基本误差的要求。     

多介质和多类型气体流量计数学模型的应用

用于贸易计量的气体流量计主要有速度式、容积式和差压式等类型。按照仪表特性和应用类型的要求,对于不同的应用场合,需要使用不同类型的流量计。为了与不同类型的流量计配套使用,对多种流量计的流量计数学模型以及如何将这些数学模型应用于体积修正仪中进行了研究。这些数学模型包括输出脉冲信号的涡轮、腰轮等速度式或容积式流量计的流量计算数学模型,以及孔板、喷嘴等差压式的一次装置流量计算数学模型。对天然气、氮气和蒸汽等不同气体介质进行分析处理,对于含有幂函数等运算复杂的数学模型公式,采用预先建立数据查询表格并使用线性插值计算的方法。通过对多种类型流量计数学模型的分析以及对复杂公式进行的化简计算,在保证计算精度的同时提高了计算速度,使之能应用于低功耗的体积修正仪中。     

LWGQ气体涡轮流量传感器

LWGQ型气体涡轮流量传感器是一种高精度的气体流量传感器,可解决多种流量计无法测量的气体小流量。它与相应的信号转换器结合可实现流量信号的传输,与相应的流量积算仪相配可实现瞬时流量和累积流量的显示与控制。广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的一般气体、天然气、煤气等气体计量与控制系统。