基于二次相关的超声波风速风向测量方法

为解决超声波测风仪存在的抑制噪声能力不足、受环境温湿度等影响导致稳定性差等问题,提出一种基于二次相关算法的三阵元超声波测风方法。首先结合超声波测风原理设计了一种三阵元测风结构,该结构包含3个收发一体式超声波换能器;其次依据该系统结构给出一种基于二次相关的超声波传播时间测量方法,利用二次相关算法对噪声抑制更强的性能可有效提高风速风向测量的精度,并从理论上说明了所提测风方法不受超声波本身传播速度即环境温湿度对其的影响。最后通过模拟仿真实验和搭建的实际测量系统对所提方法进行了有效性验证。在实际测量中风速风向角的最大测量误差分别为2.0%和2.1°,基本达到了超声波风速风向测量的精度要求。     

基于超声波传感器的无线液位测量系统

针对诸多行业储液罐液位测量的特点和技术要求,设计了一种基于超声波传感器的无线液位测量系统.系统由液位检测模块、无线数传模块和上位机工作站组成.传感器将接收到的信号经数据处理后由无线数传模块送上位机工作站,工作站是由VC设计的一个数据处理平台,具有多路液位显示、超限报警、数据存储和打印等功能.     

超声波换能器测风阵列的优化设计

为了减弱风场在超声波换能器测风阵列中产生湍流,降低湍流对信号采集精度的影响,分析了换能器阵列影响流场的因素,采用6个收发一体的超声波换能器,设置独立的3条测风路径,根据不同来流方向,建立了风速计算模型,结合换能器晶片的工作特性,改进测风阵列的设计,降低了阴影效应的影响。利用FLUENT软件,通过设置不同的雷诺数、来流风速和风向参数,仿真了流场在阵列中分布特性,得到阵列速度云图和测风路径速度变化图,验证了改进后的测风阵列性能有效提升,说明了所设计阵列能满足测风精度提高的要求。     

超声波液位测量技术研究

介绍了一种采用超声波作为传递载体的液位测量技术,并开发研制了一种新型的电容性超声波传感器,详细论述了其振动机理,该系统具有一定的实用价值。     

基于任意声矢量传感器阵列的角度和频率估计算法

提出了一种基于任意声矢量传感器阵列下联合角度和频率估计新方法.将矢量传感器阵输出的信号进行建模分析表明此信号具有平行因子四线性模型特征.利用四线性分解的唯一性条件,从分解得到的矩阵中联合估计出声源的参数.该算法首先应用平行因子四线性分解算法估计出频率矩阵和方位矩阵,然后根据频率矩阵和方位矩阵的结构特点及最小二乘方法进行声源参数的计算.该方法与传统算法相比,无需多维谱峰搜索及参数配对,并具有更高的估计精度,在工程上有一定的应用价值.计算机仿真和实验结果验证了该方法的有效性.     

基于超声波测距的管道螺旋测量系统

油气管道内检测(NDE)对管道安全可靠运行意义重大。提出了一种基于超声波的全新螺旋测量方法,设计制作了基于单片机的螺旋测量系统,整合超声波距离传感器和数字电位式角度传感器,连接螺旋管道机器人进行实测实验研究;管道内壁模型采用MATLAB编程进行实验数据反演,并与数学模型对比分析。结果表明:实验结果模型与数学模型结果吻合,同时该方法使用传感器少,测量覆盖面大,可无接触对管道内壁进行测量,精确描述管道内壁的三维模型,为管道的维护与保养提供可靠数据。特别对于微小管径管道、无压油气输送管道以及油气钻井中的随钻测量领域有一定的应用前景。     

超声波传感器流量测量的关键问题思考

文章结合超声波测流量的应用经验，讨论了超声波测流量的几个关键问题。探讨超声波测流量的方法、各种的方法的优缺点，超声波传感器的驱动信号的确定、超声波测流量时接收信号的检测问题。探讨有利于提高超声波测流量的精度和可靠性，对进一步改进超声波流量计的工作性能提供技术保证。     

基于互相关理论的超声波气体流量测量电路系统

介绍一种基于互相关理论的超声波流量测量电路系统。该系统以数字信号处理器(DSP)为核心,通过采集上、下游流动信号并做互相关运算,计算出互相关函数峰值对应的渡越时间,间接测出流量。采用抛物线插值计算互相关函数峰值,减少测量误差。它对流场不敏感,测量精度高,在气体的测量实验中,取得了比较理想的效果。     

矢量平均法测量地面风

本文通过对地面风测量中各种平均方法的比对,提出了矢量平均法在地面风测量,特别是在处理静风、风向过0°和遭遇小尺度湍流风向变化不定等情况时所具有的优越性.     

基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量

针对现有超声波测风系统在实际应用中环境噪声抑制效果差、风速和风向测量精度不高的问题,提出了一种基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量方法.所提方法采用一种由一个超声波发射阵元和五个超声波接收阵元组成的阵列式超声波测风系统结构,并在此系统结构上,采用基于高阶累积量的多重信号分类(MUSIC)算法,抑制高斯白噪声及...     

Wind speed and direction measurement based on arc ultrasonic sensor array signal processing algorithm

This article investigates a kind of method to measure the wind speed and the wind direction, which is based on arc ultrasonic sensor array and combined with array signal processing algorithm. In the proposed method, a new arc ultrasonic array structure is introduced and the array manifold is derived firstly. On this basis, the measurement of the wind speed and the wind direction is analyzed and discussed by means of the basic idea of the classic MUSIC (Multiple Signal Classification) algorithm, which achieves the measurements of the 360° wind direction with resolution of 1° and 0–60 m/s wind speed with resolution of 0.1 m/s. The implementation of the proposed method is elaborated through the theoretical derivation and corresponding discussion. Besides, the simulation experiments are presented to show the feasibility of the proposed method. The theoretical analysis and simulation results indicate that the proposed method has superiority on anti-noise performance and improves the wind measurement accuracy.     

线阵传感器在弹性元件冲击位移测量中的应用

讨论了线阵传感器在舰船动力装置弹性元件冲击位移测量中的应用情况.首先阐述了应用线振传感器进行弹性元件冲击位移测量的原理及测量方法的技术特点.并结合某型舰用弹性联轴器冲击位移测量的实例,验证了该测量方法的可行性,指出了测量方法工程应用前景.研究成果可应用于橡胶隔振器、弹性联轴器、挠性接管等舰用弹性元件冲击位移测量.     

A novel ultrasonic array signal processing scheme for wind measurement

This article presents a novel ultrasonic array signal processing scheme for wind speed and wind direction measurement. Two ultrasonic array structures are illustrated and the corresponding array signal processing method is proposed. The statistical performance of proposed scheme, such as estimation variance and Cramer Rao Bound (CRB), is derived. The ambiguity problem for traditional uniform line array (ULA) structure is theoretically discussed. The hardware experiment results verify the feasibility of the proposed wind measurement method.     

三维超声波换能器测风阵列研究

针对三维测风技术中常用的垂直正交测风阵列在消除阴影效应影响方面的缺陷,根据流场特性,设计了一种基于特殊四面体棱边构建的非正交测风阵列。该阵列旨在降低尾迹区湍流对测风路径平均风速的影响,并且对绕流干扰严重的测风路径进行数据补偿。利用GAMBIT软件建立测风阵列模型,通过FLUENT软件改变流场内气体流速和雷诺数等环境参数,仿真两种阵列在低速层流区和高速湍流区的不同性能,获取了速度分布云图和三组换能器所在路径速度折线图,说明了非正交测风阵列能够有效提高三维测风的精度。     

三芯电缆非侵入式多导体电流测量研究

针对当前的三芯电缆电流测量直接使用传感信号进行多导体位置和电流的测量,传感器数量未确定,使用数量多不仅 使多导体电流测量系统没有确定的传感器使用策略,而且导致测量误差大的问题,本文分析给出了非侵入测量三芯电缆电流所 需的最少且最优的磁传感器数量,提出了非侵入式多导体电流测量原理。 根据三芯电缆电流传导环电缆磁场分布关系,使用 6 个磁传感器环绕电缆分布,由每个传感信号获取 2 个特征值的最优估计,建立 12 个独立方程,实现电缆中导体位置的检测和 导体电流的测量。 搭建了三芯电缆电流测量平台,进行了测试验证。 测试结果表明,该方法测量 15 ~ 100 A 的三相电流的振幅 最大误差小于 1. 00% ,相角误差小于 2°,导体位置误差小于 0. 2 mm。 提出的测量原理极大减小了多芯电缆电流的在线测量误 差,且测量系统拥有更简单的结构和精准的位置及电流波形测量结果。     

Velocity vector profile measurement using multiple ultrasonic transducers

This paper proposes a new technique that enables the measurement of the velocity vector in multi-dimensions on a line of the flow field. A system to achieve this goal was developed based on the ultrasonic velocity profiling by using multiple transducers. A two-dimensional system was constructed and successfully applied to an actual flow field for two-dimensional velocity vector measurements. To estimate the influence of the existence of a wall, acoustic field under the developed system was calculated by solving two-dimensional wave equation and then the focal point of an ultrasonic beam was determined to optimize the system. The system was applied to measure the two-directional velocity components of a periodic velocity fluctuation in the wake of a cylinder as an example of unsteady flow. Temporal variation of velocity vector profiles well represent the velocity fluctuation, and vorticity distribution, which is obtained from the spatial distribution of velocity vector, well represents the vertical motion in the wake.     

一种基于矢量传感器阵的盲波束形成方法研究

本文针对水声环境和信号的特点，提出了一种基于矢量传感器阵的盲波束形成算法。首先建立了矢量传感器阵列接收信号模型，然后推导了基于矢量传感器阵列的波束形成最优权矢量的表达式。在此基础上，定义了接收信号的四阶累积量，进而盲估计了矢量传感器阵列的方向向量，实现了盲波束形成。该方法利用高阶累积量可消除高斯噪声干扰这一特性，有效地实现了基于矢量传感器阵列的盲波束形成。仿真实验验证了该方法的有效性和正确性。     

声矢量阵列波达方向估计的四元数空间稀疏分解

针对稀疏分解(sparse decomposition)类算法在恢复矢量阵列信号时收敛速度慢的问题,本文将稀疏分解理论推广到四元数空间,提出了一种声矢量阵列波达方向估计的四元数正交匹配追踪算法。首先,建立声矢量阵列的四元数模型,然后将方向矢量矩阵在四元数空间展开作为冗余字典,最后利用正交匹配追踪算法恢复原始信号得到目标方位信息。实验结果表明:在四元数空间建立的冗余字典强化了声矢量传感器各输出分量间正交性,与长矢量模型即在复数域的冗余字典相比恢复性能更好。具体表现为:冗余字典原子长度降为长矢量方法的1/3,并有效去除长矢量方法在DOA估计角度真值附近1°范围内的偏差。仿真结果验证了算法的有效性。