双频超声波多普勒流量计的研究与设计

发布时间：2017-04-08 11:15

  本文关键词：双频超声波多普勒流量计的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超声波多普勒流量计主要用于污水类非纯净液体和固体颗粒的两相流的流量测量，它具有分辨率高，对流速变换响应快，对流体的压力、粘度和温度等因素不敏感的优点，但超声多普勒流量计的精度和稳定性对于高精度测量要求，还是满足不了要求，我们采用双频多普勒技术(DFD)很好地解决了这个问题，因此双频超声波多普勒流量测量技术的研究是一项非常有实用价值的研究课题。 在原我们成功研制的单通道超声波多普勒流量计的基础上，通过查阅文献和理论分析，本文建立了双频多普勒测量方法的理论基础，实验验证了这一理论的可行性。在此基础上，设计了一套完整以TI公司的TMS320F240 DSP作为核心处理器件的双频多普勒流量计测量系统，该系统不仅具有瞬时流速、流量、累计流量等显示功能，，还具有电流输出(4～20mA)和多普勒频谱动态显示的功能，有利于实时观测信号状态，特别是对流量计的安装非常有利。 与传统的单频多普勒流量测量不同，双频超声波多普勒流量测量系统产生两组异频、独立的超声波信号，两种频率用于识别信号，它能有效去除噪声信号，并将准确识别出的多普勒信号进行平方放大。 本系统引入先进的数字信号处理技术，在频域上对多普勒信号进行有效的处理。具体方法是首先对两个通道的多普勒信号采样，分别进行FFT变换求其功率谱；然后将其中一个通道的功率谱移位，使流量多普勒信号频移重叠而噪声被错开；将两束信号的功率谱相乘，结果多普勒信号被平方放大，而噪声信号被大大衰减，使多普勒信号更加容易识别和跟踪；再在相乘后的功率谱上应用峰值逼近法，加上适当的数字滤波技术得到较精确的多普勒频移值；最后根据多普勒效应原理，求取管道中流体的流速及其它数据量。其软件稳定性好，效率高，操作灵活方便。 最后对实验数据进行了分析，结果表明，采用双频多普勒技术大大提高了仪表的精度和稳定性。
【关键词】：多普勒 双频多普勒技术 流量计 峰值逼近 数字信号处理
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH814
【目录】：

• 0 前言7-9
• 1 超声波多普勒流量计的工作原理9-14
• 1.1 多普勒效应9-11
• 1.1.1 声源相对于静止的观察者运动9-10
• 1.1.2 观察者相对于静止的声源运动10-11
• 1.2 超声波多普勒流量计的工作原理11-13
• 1.2.1 流量测量方程11-12
• 1.2.2 算法的改进12-13
• 1.3 双频超声波多普勒流量计的提出13-14
• 2 双频超声波多普勒流量计的设计原理14-20
• 2.1 理论模型14-15
• 2.2 双频超声波多普勒流量计的工作原理15-16
• 2.3 有关流量方程的几点讨论16-20
• 2.3.1 超声波多普勒流量计工作频率的选取16-17
• 2.3.2 管内流体的流速分布17-18
• 2.3.3 流体动力学分析18-20
• 3 硬件电路设计20-33
• 3.1 系统整体硬件结构框图20-23
• 3.2 模拟系统模块23-26
• 3.2.1 窄带LC调谐滤波器23
• 3.2.2 调理电路23-26
• 3.3 数据处理及人机接口模块26-31
• 3.3.1 TMS320F240 DSP中央处理器26-27
• 3.3.2 液晶显示器及键盘模块27-29
• 3.3.3 外部RAM及串行EEPROM X2504529-30
• 3.3.4 数模转换及4～20mA输出30-31
• 3.4 硬件抗干扰技术31-32
• 3.4.1 干扰噪声的来源及危害31
• 3.4.2 抗干扰措施31-32
• 3.5 小结32-33
• 4 系统软件设计33-42
• 4.1 系统软件流程33-34
• 4.2 软件模块介绍34-41
• 4.2.1 初始化模块34-35
• 4.2.2 监控模块35
• 4.2.3 定时模块35-37
• 4.2.4 键盘扫描模块37-39
• 4.2.5 数据处理模块39
• 4.2.6 显示模块39-40
• 4.2.7 看门狗模块40-41
• 4.2.8 串行E~2PROM写入模块41
• 4.3 小结41-42
• 5 数据处理42-59
• 5.1 超声波多普勒信号42-44
• 5.1.1 时域多普勒信号表达式42
• 5.1.2 频域多普勒信号42-44
• 5.1.3 功率谱密度与流速的关系44
• 5.2 多普勒信号的获取与分析44-51
• 5.2.1 信号的取样44-45
• 5.2.2 信号的功率谱分析45-48
• 5.2.3 信号的移位及平方放大48-50
• 5.2.4 多普勒频移值的学习50-51
• 5.3 窗函数51-54
• 5.3.1 窗函数的要求51-52
• 5.3.2 几种窗函数的比较52-54
• 5.4 数字滤波方法54-58
• 5.4.1 滤波方法的选择及处理结果54-56
• 5.4.2 一种中值滤波快速算法56-58
• 5.5 小结58-59
• 6 新技术的展望59-62
• 6.1 频谱细化59
• 6.2 多声道测量59-60
• 6.3 多普勒信号的小波分析法60-62
• 结束语62-63
• 参考文献63-65
• 致谢65-67

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 周永贵;李小京;;超声波多普勒流量计信号处理方法研究[A];全国第五届信号和智能信息处理与应用学术会议专刊(第一册)[C];2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 任宝;风翼—柴油机混合动力船舶特性分析研究与风帆控制系统设计[D];大连海事大学;2011年

2 金晶;基于ARM的超声波风速测量系统设计[D];南京信息工程大学;2008年

3 韩新春;风帆助力船舶风速风向的检测方法研究[D];大连海事大学;2010年

4 曹亚鹏;基于超声波方法的一次风风速监测系统的研究[D];东北电力大学;2010年

5 葛志鑫;移动式超声波风速风向测量系统[D];南京信息工程大学;2012年

6 张延成;基于FPGA的地面测风系统研究与设计[D];南京理工大学;2013年

7 杨军;风力助航船的风向风速的检测方法研究[D];大连海事大学;2013年

  本文关键词：双频超声波多普勒流量计的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：292747