基于数据替换的涡街流量计抗低频强瞬态冲击振动信号处理方法和低功耗实现

发布时间：2017-10-22 04:19

  本文关键词：基于数据替换的涡街流量计抗低频强瞬态冲击振动信号处理方法和低功耗实现

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【摘要】：涡街流量计由于具有无机械可动部件、使用寿命长、测量范围大、适合测量多种介质等优点,被广泛应用于石油、化工等行业。由于涡街流量计属于流体振动型流量计,在实际工业现场,涡街流量计往往受低频强瞬态冲击振动影响而无法测量。针对该难题,国内外研究基本是通过改进涡街流量传感器结构来提升涡街流量计抗瞬态冲击振动干扰的能力,并未提出有效的抗瞬态冲击振动信号处理方法,当出现连续或较强瞬态冲击振动时,仍然无法得到正确的流体流量。本文以敲击振动为例,模拟现场低频强瞬态冲击振动。通过分析敲击振动下涡街流量传感器输出信号特征,提出基于数据替换的抗低频强瞬态冲击振动信号处理方法。另外,还提出了基于实数FFT和汇编语言的频谱分析方法、两级平均和加速算法,不仅节省了内存空间,减少了运算时间,而且增强了涡街流量计抗低频强瞬态振动的能力和提高了涡街流量计显示流体流量的速度。基于本文提出的抗低频强瞬态冲击振动信号处理方法,编写了MATLAB仿真程序,并从不同的敲击方向、敲击力度、敲击频率和介质流量等方面对涡街流量传感器输出信号进行软件仿真验证。基于课题组研制的基于MSP430F5418单片机的低功耗抗振型数字信号处理硬件系统,编制了软件,进行了低频强瞬态冲击振动干扰下的气体流量测量实验。经过实验验证,当无流量或小流量时,对管道在水平和竖直方向上进行40次/10秒及以下频率的连续较强敲击,该信号处理系统均能够正确显示涡街流量频率；当一次数据处理时间(约1秒)内检测到敲击次数超过四次时,该信号处理系统能够进行预判和自诊断；当大流量时,时域信号内已无法检测出敲击振动,但是,涡街流量信号已足够强,可直接利用频谱分析得到正确的涡街流量频率。
【关键词】：涡街流量计 瞬态冲击振动 敲击振动 数据替换 超低功耗单片机
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 综述16-28
• 1.1 研究背景及意义16
• 1.2 涡街流量计的测量原理16-21
• 1.2.1 涡街流量计的测量基本原理17-19
• 1.2.2 压电应力式涡街流量计结构及测量原理19-21
• 1.3 管道振动分析21-24
• 1.4 国内外研究现状24-26
• 1.5 本文的主要研究内容26-28
• 第二章 涡街流量传感器输出信号分析28-40
• 2.1 无流量条件下,单次敲击振动涡街流量传感器输出信号特征分析29-32
• 2.2 不同敲击方向、敲击力度、敲击频率和介质流量对涡街流量传感器输出信号的影响32-38
• 2.2.1 敲击方向对涡街流量传感器输出信号的影响32-34
• 2.2.2 敲击力度对涡街流量传感器输出信号的影响34-35
• 2.2.3 敲击频率对涡街流量传感器输出信号的影响35-37
• 2.2.4 介质流量的大小对涡街流量传感器输出信号的影响37-38
• 2.3 本章小结38-40
• 第三章 抗低频强瞬态冲击振动信号处理方法40-54
• 3.1 总体思路40-41
• 3.2 查找敲击振动起始点41-47
• 3.3 查找替换数据段47-49
• 3.4 数据替换方法49
• 3.5 基于实数FFT和汇编语言的频谱分析方法49-51
• 3.6 两级平均和加速算法51-52
• 3.7 本章小结52-54
• 第四章 抗低频强瞬态冲击振动信号处理方法仿真验证54-63
• 4.1 不同敲击方向下,涡街流量传感器输出信号仿真验证54-56
• 4.2 不同敲击力度下,涡街流量传感器输出信号仿真验证56-58
• 4.3 不同敲击频率下,涡街流量传感器输出信号仿真验证58-60
• 4.4 不同介质流量下,涡街流量传感器输出信号仿真验证60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 低功耗信号处理系统研制63-67
• 5.1 硬件研制63-64
• 5.2 软件研制64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 抗低频强瞬态冲击振动气体流量验证实验67-72
• 6.1 抗低频强瞬态冲击振动实验平台67-68
• 6.2 实验过程及实验结果68-72
• 第七章 总结及展望72-74
• 7.1 总结72-73
• 7.2 展望73-74
• 参考文献74-76
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况76-78
• 附录78-83

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本文编号：1076723