基于多模型融合的导波雷达物位计回波信号处理方法及应用研究

发布时间：2020-10-14 07:37

　　 随着工业现代化进程的推进,物位测量设备与环境交互也在快速增加。导波雷达物位计作为新型物位测量仪器,以其耐高温、高压、真空以及受温度粉尘影响小等优点,广泛应用于工业领域。将导波雷达物位计与现场总线结合进行测量物位,能够解决传统意义上的4~20m A回路只能传输单一参数的问题,也保留了对原来的4~20m A模拟回路的兼容性。但测量物位计中存在传感器自身结构产生的回波、二次回波叠加、随机尖峰脉冲及噪声等,导致物位回波中存在虚假回波干扰。本文针对高温、粘稠等恶劣工业应用环境,在HART通信协议与物位测量方法研究基础上,完成了回波信号的采样,对现场回波信号进行识别,得到真实物位回波;采取相应去噪方法消除物位回波中的噪声干扰;利用粒子群方法对测量的物位值样本分析,使得物位值更加可靠。论文在数据处理的基础上完成了软硬件设计,研制出了一套高精度的物位计。论文的工作内容主要体现在以下几个方面:(1)利用现有设备对高频回波信号进行采样时,难以获取信号的全部特征,导致信号采集不完整。为此,基于回波信号的周期性特点,提出了采用等效采样原理对雷达回波信号处理,将高频信号进行重复采样,在不断增加采样周期的情况下,完成对高频回波信号的时间间隔检测,同时根据RAM与基准时钟提出的混合等效采样完成对信号时间的检测;利用多普勒效应原理进行混频分析,识别多参数物位回波,在MATLAB环境下,得到了含有杂波与不含杂波的信号频谱,对不同的雷达回波信号进行了识别仿真,进而确定出了物位回波。(2)针对回波信号中的各种噪声信号干扰,通过自适应最小均方误差算法(Least Mean Square,LMS)对物位回波信号进行前端处理,利用系统迭代权矢量进行权系数更新,实现LMS滤波;提出利用小波变换处理回波信号,在MATLAB环境下,分析了Sy4、Sy8和Haar小波基处理回波信号的优缺点,利用去相关检验原理确定最优分解层数,提出了改进后的小波变换进行阈值去噪,并且对比了几种小波基对信号的去噪性能;利用粒子群优化方法对测量的物位值样本分析,进行粒子建模,并且提出改进的盲均衡算法,利用MATLAB仿真验证算法的有效性。(3)设计了一套新的远程物位测量系统,该系统分为回波信号采集模块和远程手操器两个部分。回波信号采集部分采用基于ARM7的STM32为处理器进行数据处理,在MDK-ARM软件环境下利用C语言进行了模块化编程。HART通讯部分由A5191型芯片与AD5421转换器组成,手操器采用S3C2416作为核心控制的MCU,并在VS2010环境下开发了基于智能设备的MFC软件界面。远程手操器作为便携式设备在工业现场可以实现参数查询、参数设置和标定等功能。系统测试与实验表明:物位测量精度可达到1.6%F.S,与现有去噪方法相比,提出的去噪方法在抑制噪声的同时,较好地保留了信号奇异性特征,避免了伪吉布斯振荡;通过优化后的物位值更加可靠、收敛速度较快且稳态误差较小。测量系统具备参数设置、查询和标定等功能,智能化程度较高,本文研究成果已应用于实际工业自动化过程中的物位测量。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN957.51
【部分图文】：

整体结构图

- 6 -图 2.2 液位测量原理图测量具体原理如图 2.2 所示，物位计发射的高频脉冲沿着导波杆向下传播，在传播程中碰到待测量的物位物料的表面时，由于储液罐体的介电常数与空气中不同，电磁脉冲在物料面进行反射，且沿导波杆向上传播，被仪表顶端的天线所接收，最后利用

兰州交通大学硕士学位论文间差测量出料位信息。因此利用此测量方式，当高频信号沿导波杆传输时，不方向的扩散，在一些狭窄的罐体使用物位计时，不会产生较多的干扰反射回波过测量脉冲信号在导波杆传播时间T ，计算出导波探头距离物位的距离，进而位高度，物位高度H 与传输时间T 可表示为：2VTH L (2L为仪表杆的长度，V 是脉冲传输速度。图 2.3 所示，物位计整体上由脉冲发射、信号测量、信号调理和 HART 通讯及模块构成。
【参考文献】

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本文编号：2840383