基于回波包络拟合的气体超声波流量计信号处理方法的研究与实现

发布时间：2020-11-03 14:25

　　 气体超声波流量计是一种新型的、科技含量较高的气体流量测量仪表,具有传统仪表所无法比拟的无压损、大量程比、高测量精度等优点,被广泛的应用于石油、化工、天然气等领域。但是,由于超声波信号在空气中传播能量损失较大,造成回波信号的稳定程度以及信噪比降低,影响气体超声波流量计的测量精度以及可测的流量范围。国外公司生产的气体超声波流量计采用数字信号处理方法,测量精度高,性能稳定,而国内公司生产的产品大都采用模拟的测量方法,测量精度以及稳定性较差。为此,本文针对不同流量下的回波信号的包络进行研究,得出不同流量下回波信号包络的形状近似不变,并且不同流量下的回波信号上包络上升段和下包络下降段中间部分的包络变化率都基本保持相同的规律,由此提出三种基于回波包络拟合的信号处理方法。建立回波信号包络的数学模型,求取回波信号包络的变化率曲线。根据回波信号包络的变化率曲线,确定分布近似于一条直线的部分包络以及两段包络覆盖的峰值点,对此区间内的峰值点分别进行最小二乘拟合得到两条特征直线,分别代替回波信号上包络上升段和下包络下降段。根据特征直线的空间特性,选取特征直线上的点作为特征点,快速地定位回波信号。用MATLAB编程对三种信号处理方法进行离线验证和比较,选出效果最优的一种信号处理方法,在基于DSP和FPGA的双声道气体超声波流量计平台上实时实现,在我们实验室采用标准表法验证其重复性,再到国家认可的检定机构——安徽省计量科学研究院进行标定实验。实验结果表明:实现改进的基于回波上、下包络拟合的信号处理方法的双声道气体超声波流量计系统的测量精度为1级精度,达到了国内外同类型产品的最高测量精度,并且,可测流量范围扩宽到10 m~3/h-1300 m~3/h,量程比扩宽到1:130。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB517;TH814.92
【部分图文】：

图 4.4 安徽省计量科学研究院标定装置Fig.4.4 The calibration experiment setup inAnhui Institute of Metrology具体实验过程为：（1）将被检表安装在标定装置中，保持管道轴心与被检表的轴心在同
【参考文献】

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本文编号：2868696