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采用频谱分析技术的多普勒超声波流量计的研究

更新时间：2019-08-20 19:25:10 大小：291K 上传用户：杨义查看TA发布的资源 标签：频谱分析多普勒超声波流量计 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

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文章编号  
传感器与仪器仪表  
:1008- 0570(2006)05- 1- 0181- 02  
采用频谱分析技术的多普勒超声波流量计的研究  
Research of Ultrasonic Doppler Flowm eter with Spectrum Analysis Technique  
北京中国矿业大学 邱立存 王汝琳  
(
)
Qiu,Licun Wang,Rulin  
摘要 超声多普勒流量计在流量测量 企业管理及流量监测与控制中具有广阔的应用前景 但目前大部分流量计仍使用过  
:
、
,
零检测法 精度不高 本文从理论上介绍了采用频谱分析法消除了理论上的误差 提高了测量精度 同时介绍了硬件电路电  
。
,
。
,
路 软件处理及试验结果  
、
。
关键词 频谱分析 多普勒 超声波 流量计  
:
;
;
;
中图分类号  
文献标识码  
:
:
A
TP463  
Abstract: Ultrasonic doppler flowmeters are used increasingly for flow measurement, flow control and autocontrol of industry now, but  
the accuracy of ultrasonic Doppler flowmeter is not high.This is because ultrasonic doppler flowmeters employ the principle of zero  
crossing detection. This paper introduces spectrum analysis method to eliminate theoretical error and make measurement accuracy  
higher. The hardware circuits, software computing method and test result are also introduce.  
技
术
创
新
Key words: spectrum analysis; doppler; ultrasonic wave; flowmeter  
较为广泛 但是精度不高 而且在理论上存在最大为  
,
,
的误差  
引言  
1
。
15%  
超声多普勒流量计是利用声波在流体中传播的  
多普勒效应研制成的流量测试装置 该装置安装于被  
测流体的流量实际上只要测得流体的流速即可  
,
。
而流速是由测量多普勒频移获得的  
:
测管道的外侧 不接触被测流体 不干扰流体的流动  
,
,
,
无压力损失 维修方便 特别适用于有毒 有害 有腐  
C
u =  
s
(f - f )  
1
( )  
1
2
、
、
,
蚀性和带有磨料的液体 该装置分辨率高 对流速变  
,
2cosJf  
1
。
,
化响应快 对流体的压力 粘度 温度 密度及导电率  
公式中 为流速 为声速 为超声波传播方向  
J
,
,
us  
C
与流体运动方向的夹角  
。
、
、
、
,
等因素不敏感 没有零点飘移问题 因此 该类仪表在  
和 分别为发射波和反射  
f1 f2  
。
,
,
流量测量 企业管理及流量监测与控制中具有广阔的  
波的频率  
视为频移 由于反射波不是单一波  
。 ,  
, (  
)
f2- f1  
而是不同距离上反射波的集合 所以很难用简单的办  
、
,
应用前景 目前 超声多普勒流量计仍处在不断完善  
。
,
的过程中 尽管国内外已经出现了一些不同形式的多  
法求得  
后来提出用多普勒功率谱求多普勒频移  
:
。
f2  
¥
,
普勒流量计 其测量精度受到一定的限制  
f × p(f )df  
ò
0
。
,
f
=
( )  
2
2
¥
p(f )df  
ò
0
原理  
2
f
为功率谱  
为平均频移 式 是一个模拟  
( )  
;
。
p(f)  
2
量关系式 现代仪器设备都朝着数字化方向发展 即  
2
虽然多普勒超声波流量计的精度受多方面的影  
响 但其中有一重要影响是多普勒频移数值的估计  
;
,
,
,
利用频谱分析的方法 即通过数字采样获得信号数  
,
大部分流量计仍使用过零检测法 精度不高  
超声多  
。
,
普勒信号是大量颗粒及气泡的背向散射形成的 而且  
据 再通过数值运算实现  
,
式 由于式  
,
源于平均  
( )  
2
( )  
2
,
多普勒信号是分布在发射频率附近的窄带信号 根据  
频率的定义 所以是最好的平均频率估计方法 但由  
,
,
,
统计理论得出平均速度与该窄带信号的平均频率之  
于需要计算量大 实施难度大 现由于  
,
技术的进  
系
,
DSP  
步 使此问题获得解决 在此讨论通过  
,
,
TMS32024X  
来实现多谱勒流量测量的频谱分析方法  
。
间具有较为固定的关系 从而可以将对流速度的估计  
,
转换为对多普勒信号平均频率的估计 现在存在的平  
列
DSP  
,
均频率估计方法有信号过零检测法 频谱分析法 锁  
离散化模型的建立  
3
,
,
相环路法等 这些方法在实现的复杂性和测量精度方  
多普勒信号功率密度与相关函数是一对傅立叶  
,
面各有优缺点 其中 过零检测法由于其实现简单应用  
变换  
:
,
,
¥
- jwt  
( )  
3
邱立存 副教授  
:
河北省科学技术研究与发展计划 编号  
P¡¡w =  
R
(t )e  
dt  
xx  
ò
0
(
:
)
04213591  
-
元 年  
/
-
邮局订阅号  
82-946 360  
:
技术应用  
例
200  
181  
PLC  
《
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