時(shí)差法多聲道氣體超聲波流量計(jì)的研究.pdf

1、相比于傳統(tǒng)流量計(jì)，超聲波流量計(jì)具有測(cè)量精度高、無阻流部件、適合大管徑流量測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。在我國(guó)，隨著天然氣使用的普及，氣體超聲波流量計(jì)作為法定計(jì)量工具，得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)際上對(duì)氣體超聲波流量計(jì)研究較早，目前已經(jīng)有成熟的高精度多聲道流量計(jì)產(chǎn)品，但價(jià)格非常昂貴。我國(guó)在這方面的起步較晚，技術(shù)積累較為欠缺，只有幾家企業(yè)能提供精度不高的氣體超聲波流量計(jì)，與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有不少差距。本論文在深入研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)和研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了時(shí)差

2、法六聲道氣體超聲波流量計(jì)，提出了將多個(gè)靜態(tài)波形求平均的參考波形選擇方法，并進(jìn)行了流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證超聲波流量計(jì)樣機(jī)的測(cè)量性能。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和研究成果有如下幾個(gè)方面:
　　1.設(shè)計(jì)了六聲道氣體超聲波流量計(jì)。通過研究超聲波流量計(jì)工作原理，研制了時(shí)差法六聲道氣體超聲波流量計(jì)樣機(jī)。樣機(jī)的硬件電路采用雙CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中單片機(jī)負(fù)責(zé)聲道切換控制、超聲波換能器激發(fā)等功能，DSP由于具有更高的工作頻率和A/D轉(zhuǎn)換速度，主要負(fù)責(zé)超聲波信號(hào)

3、的A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理等功能，雙CPU系統(tǒng)有效地提升超聲波流量計(jì)的性能。軟件方面針對(duì)雙CPU系統(tǒng)的功能分別設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制程序和DSP數(shù)據(jù)處理程序，同時(shí)完成了雙CPU工作時(shí)的時(shí)序同步。
　　2.提出了一種將多個(gè)靜態(tài)波形求平均的參考波形選擇方法。超聲波在氣體管道中傳播時(shí)信號(hào)的衰減、畸變比較嚴(yán)重，同時(shí)管道中氣體流速、超聲波換能器安裝方向會(huì)進(jìn)一步影響超聲波信號(hào)傳播，造成超聲波信號(hào)的不穩(wěn)定。而采用互相關(guān)算法計(jì)算渡越時(shí)間時(shí)，參考波形對(duì)計(jì)算

4、結(jié)果至關(guān)重要。本論文對(duì)超聲波信號(hào)影響因素進(jìn)行深入研究后，提出了一種新的參考波形選擇方法，該方法通過在靜態(tài)環(huán)境下采集若干順逆流超聲波信號(hào)，對(duì)這些信號(hào)求平均，將得到的平均波形作為參考波形。與隨機(jī)選擇靜態(tài)波形作為參考波形相比，平均參考波形能有效提高流量計(jì)渡越時(shí)間計(jì)算的精度和重復(fù)性，對(duì)流量計(jì)的性能提升有很大幫助。
　　3.搭建了流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)。根據(jù)仿真結(jié)果將氣體流速分為低流速區(qū)和高流速區(qū)，進(jìn)行了一系列流速測(cè)量實(shí)驗(yàn)，采