氣體超聲波流量計(jì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立與信號(hào)處理方法研究.pdf

1、由于氣體超聲波流量計(jì)具有壓損小、無(wú)可動(dòng)部件和測(cè)量準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于天然氣流量測(cè)量領(lǐng)域。隨著數(shù)字信號(hào)處理方法的發(fā)展，氣體超聲波流量計(jì)的測(cè)量精度不斷提高。因此，它在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿薮蟆?br>　　本文主要研究氣體超聲波流量計(jì)的數(shù)學(xué)模型和氣體超聲波流量計(jì)的信號(hào)處理方法。將氣體超聲波流量計(jì)的數(shù)學(xué)模型分為三部分:幅值子模型、過(guò)程子模型和延時(shí)時(shí)間子模型。其中，利用曲線擬合的方法獲得幅值子模型，反映超聲波回波信號(hào)幅值和氣體流量，以及超聲波

2、回波信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)之間的關(guān)系，為氣體超聲波流量計(jì)系統(tǒng)中激勵(lì)信號(hào)的選擇提供了依據(jù);利用系統(tǒng)辨識(shí)的方法獲得過(guò)程子模型，反映激勵(lì)信號(hào)對(duì)超聲波回波信號(hào)形狀的影響，為信號(hào)處理方法研究奠定基礎(chǔ);根據(jù)分段線性化的方法獲得延時(shí)時(shí)間子模型，定量分析不同流量下超聲波回波信號(hào)在整個(gè)氣體超聲波流量計(jì)中的傳播時(shí)間。整個(gè)數(shù)學(xué)模型反映了氣體流量和激勵(lì)信號(hào)等對(duì)超聲波回波信號(hào)的影響，為激勵(lì)信號(hào)選取和信號(hào)處理方法研究以及擴(kuò)大量程比奠定了基礎(chǔ)。
　　研究氣體超聲波流量

3、計(jì)的信號(hào)處理方法，在分析超聲波回波信號(hào)的特征的基礎(chǔ)上，提出基于可變比例閾值和過(guò)零檢測(cè)的信號(hào)處理方法。將峰值和比例值的乘積作為閾值去選取特征點(diǎn);在得到特征點(diǎn)之后，利用過(guò)零檢測(cè)方法找到過(guò)零點(diǎn);根據(jù)過(guò)零點(diǎn)所在的時(shí)間點(diǎn)計(jì)算超聲波回波信號(hào)的傳播時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算氣體流量。由于超聲波回波信號(hào)峰值是改變的，因此，在該方法中，用于選取特征點(diǎn)的閾值也是一個(gè)可變值。另外，由于比例值是基于歸一化后超聲波回波信號(hào)極值點(diǎn)的幅值分布情況來(lái)選取的，所以，可以根據(jù)應(yīng)用需求

4、以及管道中的氣體流量來(lái)改變比例值。由于在計(jì)算過(guò)程中，我們利用過(guò)零檢測(cè)獲得的多個(gè)過(guò)零點(diǎn)所在時(shí)間點(diǎn)的平均值計(jì)算超聲波回波信號(hào)的傳播時(shí)間，所以，消除了計(jì)算過(guò)程中的隨機(jī)誤差，并提高了氣體超聲波流量計(jì)的計(jì)算精度。與傳統(tǒng)的方法相比，本文的方法具有更強(qiáng)的抗干擾能力，也更有利于拓寬氣體超聲波流量計(jì)的測(cè)量量程。
　　為了驗(yàn)證上述數(shù)字信號(hào)處理方法以及氣體超聲波流量計(jì)的有效性，進(jìn)行了氣體流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。標(biāo)定結(jié)果表明，整個(gè)流量計(jì)滿足一級(jí)精度，測(cè)量范圍為30