基于超声波的智能热量表设计与研究
发布时间：2023-10-11 20:47
超声波热量表是测量热量的装置,在21世纪,超声波热量表的需求量在不断扩大。但是超声波热量表在计量方面还有很多不足,像时差的滤波,小流量点测量不稳定等,针对这些不足,本文设计了一款超声波热量表,采用U型路径的超声波传播方式,单片机选择的是MSP430系列,温度、时差测量芯片选用TDC-GP22,本文针对超声波热量表的不足做了以下几个研究。首先将时差信号的提取做了详细介绍。用卡尔曼滤波算法对时差进行滤波,并用matlab进行了数据的仿真,数据是通过实验得到,仿真完成后发现用卡尔曼滤波算法可以将时差进行滤波。然后介绍了算术平均算法在时差滤波中的应用,将卡尔曼滤波算法和算术平均算法进行了实验对比,通过实验的对比发现,下载有卡尔曼滤波算法程序的超声波热量表误差稳定,并且精度高。下载有算术平均算法程序的超声波热量表能满足基本二级表的要求,误差在允许的范围内,但是浮动较大。本文设计的超声波热量表使用的是U型超声波的路径形式,对影响其时差测量的因素做了分析发现,由于各种因素的影响,流量的计算不能通过公式或理论用时差计算出来,而是要绘制时差和流量的关系曲线。温度对流量的测量影响很大,在不同的温度下有不同...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.2 超声波热量表发展现状
1.2.1 国内的研究现状
1.2.2 国外的研究现状
1.3 超声波热量表的概述
1.4 本文主要研究内容
2 超声波热量表的结构及原理分析
2.1 超声波热量表的安装
2.1.1 超声波热量表的安装原理
2.2 超声波热量表的测量技术介绍
2.2.1 超声波基础内容
2.2.2 超声波的测速原理
2.3 超声波测流速的几种方法
2.3.1 超声波测流速声循环法
2.3.2 超声波多普勒法测流速
2.3.3 超声波声道的安装形式
2.4 本文设计U型超声波热量表流量的计算
2.4.1 U型超声波热量表基表结构
2.4.2 U型超声波热量表流量测量
2.4.3 U型超声波热量表流量测量的误差分析
2.4.4 温度对U型超声波热量表流量测量影响的研究
2.4.5 各种因素对流量测量影响的研究
3 超声波热量表的硬件结构设计
3.1 超声波热量表的电路原理
3.1.1 超声波热量表的工作原理
3.1.2 TDC-GP22时间数字转换器的介绍
3.1.3 TDC-GP22时间数字转换器与流量的测量
3.1.4 TDC-GP22时间数字转换器与温度的测量
3.2 超声波换能器的研究
3.2.1 超声波换能器的工作原理
3.2.2 超声波换能器的主要参数影响
3.3 超声波换能器波形峰峰值的检测
3.3.1 超声波换能器在工装上的安装
3.3.2 示波器参数的调节
3.3.3 超声波换能器收发波形的分析
3.4 超声波换能器中心频率及配对偏差的测试
4 基于卡尔曼滤波算法在时差滤波中的应用
4.1 卡尔曼滤波理论
4.1.1 卡尔曼滤波介绍
4.2 卡尔曼滤波算法推导
4.2.1 卡尔曼滤波问题
4.2.2 新息过程的性质
4.2.3 新息过程的计算
4.2.4 卡尔曼核心算法
4.2.5 本文中卡尔曼滤波模型的建立
4.3 卡尔曼滤波算法在超声波热量表提取时差中的应用
4.3.1 超声波热量表中时差的提取和数值分析
4.3.2 卡尔曼滤波算法在超声波热量表时差提取中的应用
4.3.3 卡尔曼滤波算法在时差提取中matlab的仿真研究
4.4 算术平均法在超声波热量表时差提取中的应用
4.5 卡尔曼滤波和算术平均法在超声波热量表时差滤波中的实验对比
5 最小二乘法在超声波热量表流量计算中的应用
5.1 最小二乘拟合原理
5.1.1 最小二乘拟合原理介绍
5.1.2 参数α,β的最小二乘法估计算法
5.2 最小二乘拟合在超声波热量表流量计算中的应用
5.2.1 改进前时差和时差点流量拟合方法的研究
5.2.2 用最小二乘法改进后时差和流量点拟合方法的研究
5.2.3 基于最小二乘拟合法对时差流量点进行拟合的数据分析
5.2.4 超声波热量表检测台原理
5.3 实验数据验证经改进后时差流量拟合曲线的稳定性研究
5.3.1 URT-DN80超声波热量表曲线绘制完成后流量检定结果分析
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
本文编号：3852761
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
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摘要
abstract
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.2 超声波热量表发展现状
1.2.1 国内的研究现状
1.2.2 国外的研究现状
1.3 超声波热量表的概述
1.4 本文主要研究内容
2 超声波热量表的结构及原理分析
2.1 超声波热量表的安装
2.1.1 超声波热量表的安装原理
2.2 超声波热量表的测量技术介绍
2.2.1 超声波基础内容
2.2.2 超声波的测速原理
2.3 超声波测流速的几种方法
2.3.1 超声波测流速声循环法
2.3.2 超声波多普勒法测流速
2.3.3 超声波声道的安装形式
2.4 本文设计U型超声波热量表流量的计算
2.4.1 U型超声波热量表基表结构
2.4.2 U型超声波热量表流量测量
2.4.3 U型超声波热量表流量测量的误差分析
2.4.4 温度对U型超声波热量表流量测量影响的研究
2.4.5 各种因素对流量测量影响的研究
3 超声波热量表的硬件结构设计
3.1 超声波热量表的电路原理
3.1.1 超声波热量表的工作原理
3.1.2 TDC-GP22时间数字转换器的介绍
3.1.3 TDC-GP22时间数字转换器与流量的测量
3.1.4 TDC-GP22时间数字转换器与温度的测量
3.2 超声波换能器的研究
3.2.1 超声波换能器的工作原理
3.2.2 超声波换能器的主要参数影响
3.3 超声波换能器波形峰峰值的检测
3.3.1 超声波换能器在工装上的安装
3.3.2 示波器参数的调节
3.3.3 超声波换能器收发波形的分析
3.4 超声波换能器中心频率及配对偏差的测试
4 基于卡尔曼滤波算法在时差滤波中的应用
4.1 卡尔曼滤波理论
4.1.1 卡尔曼滤波介绍
4.2 卡尔曼滤波算法推导
4.2.1 卡尔曼滤波问题
4.2.2 新息过程的性质
4.2.3 新息过程的计算
4.2.4 卡尔曼核心算法
4.2.5 本文中卡尔曼滤波模型的建立
4.3 卡尔曼滤波算法在超声波热量表提取时差中的应用
4.3.1 超声波热量表中时差的提取和数值分析
4.3.2 卡尔曼滤波算法在超声波热量表时差提取中的应用
4.3.3 卡尔曼滤波算法在时差提取中matlab的仿真研究
4.4 算术平均法在超声波热量表时差提取中的应用
4.5 卡尔曼滤波和算术平均法在超声波热量表时差滤波中的实验对比
5 最小二乘法在超声波热量表流量计算中的应用
5.1 最小二乘拟合原理
5.1.1 最小二乘拟合原理介绍
5.1.2 参数α,β的最小二乘法估计算法
5.2 最小二乘拟合在超声波热量表流量计算中的应用
5.2.1 改进前时差和时差点流量拟合方法的研究
5.2.2 用最小二乘法改进后时差和流量点拟合方法的研究
5.2.3 基于最小二乘拟合法对时差流量点进行拟合的数据分析
5.2.4 超声波热量表检测台原理
5.3 实验数据验证经改进后时差流量拟合曲线的稳定性研究
5.3.1 URT-DN80超声波热量表曲线绘制完成后流量检定结果分析
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
本文编号：3852761
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