基于多传感器信息融合的涡街信号处理方法

针对压电式涡街流量计抗干扰性能差的缺点,提出基于多传感器信息融合的涡街信号检测方法.在该测量系统中,差压传感器测得钝体前、后的平均差压,压电传感器检测钝体下游涡街信号的频率,通过无迹卡尔曼滤波(UKF)算法将以上两种信息进行数据融合,有效提高了数字带通滤波器的锁定精度.在搭建的振动实验平台上验证了该方法的可行性,对比分析了本文方法和传统方法的测量结果.实验表明:采用该处理方法能够有效抑制外界的强振动噪声干扰对流速测量的影响,当最大振动噪声干扰的强度为涡街信号的4倍时,测量精度可以达到1%,增强了压电式涡街流量计的抗振能力,提高了流量测量精度.     

用自相关算法扩展超声涡街流量计的下限

为了提高超声涡街流量计在低流速下的测量性能，更好地提高信噪比，采用了自相关滤波算法，提出了在调幅式超声涡街流量计中加入自相关滤波算法的设计思路．给出了在高速单片机上应用的具体计算方法、重要参数的取值范围及标准风道上的实验结果．结果表明，该算法在低于0．3m／s流速时很好地抑制了噪声干扰，提高了信号幅值，较好地解决了低流速测量时数据不稳定的问题，扩展了超声涡街流量计的下限．     

新DFT递推算法在涡街流量信号处理中的应用

采用压电传感器的涡街流量计在测量中容易受到工业测量现场管道振动和流体振动引起的噪声干扰，传统信号处理电路不能保证仪表在工业现场的测量精度。利用三角函数的和差公式，推导了一种新的DFT递推算法，用于计算涡街信号的功率谱，通过谱分析得到涡街频率。实验表明，这种方法用于处理涡街流量信号具有算法简单，计算量小，实时性好，实现方便等特点，能有效抵抗噪声，提高测量精度，是一种新的涡街流量信号处理方法，且有很好的实用价值。     

智能式双涡体涡街流量计的研究

双涡体涡街流量计，是将两个涡发生体沿来流方向顺序排列在流量计壳体中，迎流第一个涡姓体用来产生强烈的旋涡，斯事第二个涡发生体与第一个涡发生体之间产生流体相互和达到弱强，稳定旋涡的目的，并提供有效的检测方式和手段，同时使用压力传感器，温度传感器和ＭＣＳ－８０９８单片机，对流体的密度因压力，温度变化而引起的测量误差进行自动补偿，从而提高了测量准确度和重复性。     

用计时-计频方式精确测量涡街流量计信号

涡街流量计是一种测量流量的传感器 ,其输出信号是与流量成正比的脉冲频率信号 ,在不同介质和管径中测量流量时所对应的输出信号频率范围不同 .采用常规定时采集信号脉冲数的方法容易在低频率产生误差 .为了能够精确获取涡街流量计在低、中频段的信号 ,采用了输出脉冲信号计时与计频方式相结合的测频方法 .重点介绍了交点频率的计算方法和误差分析 ,提供了用单片机实现这两种方法的测量原理和硬软件设计思路 .     

用计时-计频方式精确测量涡街流量计信号

涡街流量计是一种测量流量的传感器，其输出信号是与流量成正比的脉冲频率信号，在不同介质和管径中测量流量时所对应的输出信号频率范围不同．采用常规定时采集信号脉冲数的方法容易在低频率产生误差．为了能够精确获取涡街流量计在低、中频段的信号，采用了输出脉冲信号计时与计频方式相结合的测频方法，重点介绍了交点频率的计算方法和误差分析，提供了用单片机实现这两种方法的测量原理和硬软件设计思路．     

基于FFT与STM32 MCU的涡街信号处理系统设计

该文针对涡街传感器输出信号的特点和低流速时涡街流量计测量精度受限的问题,设计了一种基于STM32芯片的数字涡街信号处理方法与系统,将涡街传感器输出信号通过低噪声前置放大电路,可采集低流速下的涡街信号,再通过频谱分析法FFT准确计算出涡街信号频率,有效提高了测量精度。     

基于Hilbert-Huang变换的涡街信号处理方法

利用Hilbert-Huang变换(HHT)的固有模态分解特性，提出了一种涡街信号频率估计的新方法.采用压电传感器进行涡街信号的检测，通过分析信号经过固有模态分解后的时频特性，获得了不同模态所代表的噪声信号成分和实际涡街信号成分.模态中的一部分表示了信号中的噪声，而剩下的部分模态真实反映了信号的频率成分.在仿真的基础上，获得了去除噪声的部分模态瞬时频率与涡街频率的关系.研究结果表明，基于HHT的涡街频率估计方法，可以精确估计涡街信号频率并提高涡街流量计的抗干扰能力.该方法计算量小，能够满足涡街流量计在实际工程应用中的要求.     

压力测试中引压管的动态特性研究

采用激波管实验装置对不同长度、不同直径的引压管进行了实验.利用MATLAB编写了快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)算法,通过FFT算法计算了实验结果的频率特性,分析了长度、直径对引压管动态特性的影响.结果表明:随着直径的增加,引压管的工作频带变宽;长度是最主要的影响因素,直接决定引压...     

一种低流速气体流量传感器的研制

提出一种基于温差测量原理测量低流速气体流量的方法并进行了实验验证.传感器由一对集成温度传感器芯片与片状铂电阻热源构成,专门设计的片上恒流供电电路保证了热源加热功率的稳定.对该流量传感器样品进行测试,结果表明它能够提供与方根流速近似成线性关系的输出.在低于0.5 cm/s的低流速下,该传感器具有数十至数百毫伏的输出信号幅度,其测量下限可低至0.5 cm/s.这与理论分析结果基本相符.该流量传感器在低流速条件下具有高灵敏度和较高的稳定性.     

双涡体扭矩检出式涡街流量传感器的研制

根据涡街流量测量的研究理论,对双涡体扭矩检出式涡街流量传感器的涡发生体及其扭矩检测方式进行了理论分析、结构设计。     

串列双圆柱绕流的模态特征及流场重构

为探讨不同间距下,串列双圆柱绕流场特征的内在变化规律,在低雷诺数Re=100下,针对间距比为P/D=1.1~5的串列双圆柱,通过动力学模态分解（dynamic mode decomposition,DMD）方法对其绕流场进行模态分解,并基于DMD的主导模态建立降阶模型,重构了串列双圆柱的涡量场。结果表明:串列双圆柱的3种流态,即单一钝体（P/D=1.1~2）、剪切层再附（P/D=3）和双涡脱流态（P/D=4~5）,呈现明显不同的子模态特征;随着间距比的增大,与圆柱涡脱频率对应的模态结构会逐渐由下游圆柱尾流转移至上游圆柱尾流,此主模态表征了3种流态随间距比演变的内在机制;与单一钝体及剪切层再附流态相比,双涡脱流态的下游圆柱近尾流区的高阶模态结构更为复杂,流场重构时需要更多模态才能达到与其他两种流态相似的精度,在尾流旋涡影响区的重构误差最大。     

Numerical investigations on effects of bluff body in flat plate micro thermo photovoltaic combustor with sudden expansion

In order to reveal combustion characteristics of H_2/air mixture in a micro-combustor with and without bluff body, the effects of inlet velocities, equivalence ratios and bluff body's blockage ratios on the temperature field, pressure of the combustor wall, combustion efficiency and blow-off limit were investigated. The numerical results indicate that the sudden expansion plate micro combustor with bluff body could enhance the turbulent disturbance of the mixed gas in the combustion chamber and the combustion condition is improved. Moreover, a low-speed and high temperature recirculation region was formed between the sudden expansion step and the bluff body so that the high and uniform wall temperature(1000 K) could be gotten. As a result, it could strengthen the mixing process, prolong the residence time of gas, control the flame position effectively and widen the operation range by the synergistic effect of the bluff body and steps. When the blockage ratio ranged from 0.3 to 0.6, it could be found that the bluff body could play a stabilizing effect and expand combustion blow burning limit, and combustion efficiency firstly was increased with the inlet velocity and equivalence ratio, and then was decreased.     

Application of Hilbert-Huang transform to denoising in vortex flowmeter

Due to piping vibration, fluid pulsation and other environmental disturbances, variations of amplitude and frequency to the raw signals of vortex flowmeter are imposed. It is difficult to extract vortex frequencies which indicate volumetric flowrate from noisy data, especially at low flowrates. Hilbert-Huang transform was adopted to estimate vortex frequency. The noisy raw signal was decomposed into different intrinsic modes by empirical mode decomposition, the time-frequency characteristics of each mode were analyzed, and the vortex frequency was obtained by calculating partial mode＇s instantaneous frequency. Experimental results show that the proposed method can estimate the vortex frequency with less than 2% relative error; and in the low flowrate range studied, the denoising ability of Hilbert-Huang transform is markedly better than Fourier based algorithms. These findings reveal that this method is accurate for vortex signal processing and at the same time has strong anti-disturbance ability.     

自由表面旋涡的识别方法

针对目前自由表面旋涡识别所存在的精确性低、计算量大、实用性差的问题,提出一种新的自由表面旋涡识别方法.该方法建立基于图像识别的自由表面旋涡识别系统,实现图像获取、采集、处理及旋涡识别的功能.为了解决系统中旋涡识别的难点问题,提出一种二维图像中旋涡的识别及定位方法.该方法利用旋涡图像的局部对称性,通过分析图像中旋涡周围流线的方向场,使用改进后的缠绕角度法计算相应的缠绕角度值,最终实现自由表面旋涡的识别及涡核中心的定位.实验表明,该方法识别速度快且具有较高的准确,稳定及有效性.     

光学超晶格中涡旋光的产生与调控

携带轨道角动量的光束,又称为涡旋光,因其新奇的相位分布和物理特性,在光学微操控、超分辨成像、高容量光通信和量子信息技术等领域有重要的应用.涡旋光应用于不同场景需要不同的频率,使用基于准相位匹配原理的光学超晶格作为非线性转换晶体,是获得新频率光源的重要手段.涡旋光与介质的非线性相互作用,不仅要考虑常规的能量守恒和线性动量守恒,还需要关注轨道角动量的守恒问题.本文综述了光学超晶格中涡旋光产生和调控方面的研究进展.通过倍频、和频、三倍频和参量下转换等非线性频率转换过程,可以高效的将涡旋光的工作波长拓展到蓝紫直至中红外波段;通过光学超晶格倒格矢的精密设计,可以灵活调控涡旋光非线性频率转换过程中的轨道角动量转移等.基于非线性全息思想设计非线性光子晶体,可以在频率转换的同时调控光场的波前、相位和振幅等物理参量,从而实现涡旋光束的非线性产生;伴随着超晶格制备技术的突破,调控的维度也从二维拓展至三维.光学超晶格中涡旋光产生和调控的研究,可以加深对轨道角动量这一重要物理守恒量的理解,以及推动相关应用研究的进展.     

振荡三角翼非定常气动特性的数值模拟

以欧拉方程为基础，采用有限体积方法，建立了用于进行非定常流动模拟研究的计算方法。文中引用了变系数的残值光顺方法，在保证原求解方程二阶精度的前提下，使得计算效率提高了近１０倍。利用所建立的方法对绕尖锐前缘三角翼作大振幅振荡的非定常旋涡流动进行了模拟计算，收到了良好的计算效果。     

立轴旋涡涡核半径的研究

涡核半径是旋涡流场中切向速度最大位置对应的半径.由于旋涡运动的复杂性,通过测量全流场的切向速度来确定涡核半径的难度较大,而其它的确定方法也存在一定差异.通过一个易于确定的特征参数--旋涡水面线最大曲率点到中轴线的距离,来间接计算涡核半径的方法.论证了该参数与涡核半径之间存在着一个十次隐式方程的关系,讨论了关系式解的唯一性,并根据计算结果绘制了两者之间的无量纲关系曲线.对不同试验测量的旋涡水面线,采用本方法计算了涡核半径.