气体超声波流量计系统数学模型建立与信号处理方法研究

发布时间：2017-09-12 14:07

  本文关键词：气体超声波流量计系统数学模型建立与信号处理方法研究

  更多相关文章： 气体超声波流量计 数学模型 信号处理方法

【摘要】：由于气体超声波流量计具有压损小、无可动部件和测量准确度高等优点,被广泛用于天然气流量测量领域。随着数字信号处理方法的发展,气体超声波流量计的测量精度不断提高。因此,它在工业领域的发展潜力巨大。本文主要研究气体超声波流量计的数学模型和气体超声波流量计的信号处理方法。将气体超声波流量计的数学模型分为三部分：幅值子模型、过程子模型和延时时间子模型。其中,利用曲线拟合的方法获得幅值子模型,反映超声波回波信号幅值和气体流量,以及超声波回波信号和激励信号之间的关系,为气体超声波流量计系统中激励信号的选择提供了依据；利用系统辨识的方法获得过程子模型,反映激励信号对超声波回波信号形状的影响,为信号处理方法研究奠定基础；根据分段线性化的方法获得延时时间子模型,定量分析不同流量下超声波回波信号在整个气体超声波流量计中的传播时间。整个数学模型反映了气体流量和激励信号等对超声波回波信号的影响,为激励信号选取和信号处理方法研究以及扩大量程比奠定了基础。研究气体超声波流量计的信号处理方法,在分析超声波回波信号的特征的基础上,提出基于可变比例阈值和过零检测的信号处理方法。将峰值和比例值的乘积作为阈值去选取特征点;在得到特征点之后,利用过零检测方法找到过零点；根据过零点所在的时间点计算超声波回波信号的传播时间,进而计算气体流量。由于超声波回波信号峰值是改变的,因此,在该方法中,用于选取特征点的阈值也是一个可变值。另外,由于比例值是基于归一化后超声波回波信号极值点的幅值分布情况来选取的,所以,可以根据应用需求以及管道中的气体流量来改变比例值。由于在计算过程中,我们利用过零检测获得的多个过零点所在时间点的平均值计算超声波回波信号的传播时间,所以,消除了计算过程中的随机误差,并提高了气体超声波流量计的计算精度。与传统的方法相比,本文的方法具有更强的抗干扰能力,也更有利于拓宽气体超声波流量计的测量量程。为了验证上述数字信号处理方法以及气体超声波流量计的有效性,进行了气体流量标定实验。标定结果表明,整个流量计满足一级精度,测量范围为30m3/h到1000m3/h之间。这也证明了上述数字信号处理方法和气体超声波流量计的有效性。
【关键词】：气体超声波流量计 数学模型 信号处理方法
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH814.92;TN911.7
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 气体超声波流量计的优势16
• 1.2 气体超声波流量计的国内外研究现状16-18
• 1.3 气体超声波流量计数学模型的国内外现状18-20
• 1.4 气体超声波流量计信号处理方法的国内外研究现状20-21
• 1.5 课题来源及本文主要研究内容21-24
• 第二章 气体超声波流量计的数学模型研究24-47
• 2.1 实验平台24-27
• 2.1.1 实验装置24-26
• 2.1.2 实验过程26-27
• 2.2 传统流量计数学模型结构分析27-28
• 2.3 幅值子模型建立28-34
• 2.3.1 超声波回波信号特征分析29-32
• 2.3.2 利用Matlab的建模过程32-34
• 2.4 过程子模型建立34-42
• 2.4.1 OE模型结构35
• 2.4.2 过程子模型建模过程35-41
• 2.4.3 模型验证41-42
• 2.5 延时时间子模型建立42-46
• 2.5.1 分析延时时间特点42-44
• 2.5.2 延时时间子模型建立44-46
• 2.6 关于气体流量计数学模型的总结46-47
• 第三章 气体超声波流量计信号处理方法研究47-61
• 3.1 时差法测量原理以及难点47-48
• 3.2 信号处理方法中特征点的选择48-51
• 3.2.1 特征点的提出以及其需要满足的条件49
• 3.2.2 峰值点作为特征点的缺陷49-50
• 3.2.3 归一化后回波信号特征50-51
• 3.3 比例阈值方法的提出51-53
• 3.4 阈值的确定53-58
• 3.4.1 阈值确定过程54-55
• 3.4.2 超声波回波信号畸变产生的影响55-57
• 3.4.3 过零检测57-58
• 3.5 与其他信号处理方法的对比58-59
• 3.6 信号处理方法的总结59-61
• 第四章 系统实现和标定实验61-72
• 4.1 气体超声波流量计系统硬件介绍61-62
• 4.2 气体超声波流量计系统软件研制62-64
• 4.3 标定装置64-65
• 4.4 标定过程65-66
• 4.5 标定结果66-68
• 4.6 标定结果的不确定性分析68-71
• 4.7 本章小结71-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 5.1 全文创新点总结72-73
• 5.2 展望73-74
• 参考文献74-77
• 攻读学位期间的学术活动及成果清单77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 冯卫;宋磊;孙宏伟;;国产气体超声流量计在输气管道上的应用及发展前景[J];石油规划设计;2009年02期

，

本文编号：837651