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

1、由于氣體超聲波流量計具有壓損小、無可動部件和測量準確度高等優(yōu)點，被廣泛用于天然氣流量測量領(lǐng)域。隨著數(shù)字信號處理方法的發(fā)展，氣體超聲波流量計的測量精度不斷提高。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的數(shù)學(xué)模型和氣體超聲波流量計的信號處理方法。將氣體超聲波流量計的數(shù)學(xué)模型分為三部分:幅值子模型、過程子模型和延時時間子模型。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幅值和氣體流量，以及超聲波

2、回波信號和激勵信號之間的關(guān)系，為氣體超聲波流量計系統(tǒng)中激勵信號的選擇提供了依據(jù);利用系統(tǒng)辨識的方法獲得過程子模型，反映激勵信號對超聲波回波信號形狀的影響，為信號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時間子模型，定量分析不同流量下超聲波回波信號在整個氣體超聲波流量計中的傳播時間。整個數(shù)學(xué)模型反映了氣體流量和激勵信號等對超聲波回波信號的影響，為激勵信號選取和信號處理方法研究以及擴大量程比奠定了基礎(chǔ)。
　　研究氣體超聲波流量

3、計的信號處理方法，在分析超聲波回波信號的特征的基礎(chǔ)上，提出基于可變比例閾值和過零檢測的信號處理方法。將峰值和比例值的乘積作為閾值去選取特征點;在得到特征點之后，利用過零檢測方法找到過零點;根據(jù)過零點所在的時間點計算超聲波回波信號的傳播時間，進而計算氣體流量。由于超聲波回波信號峰值是改變的，因此，在該方法中，用于選取特征點的閾值也是一個可變值。另外，由于比例值是基于歸一化后超聲波回波信號極值點的幅值分布情況來選取的，所以，可以根據(jù)應(yīng)用需求

4、以及管道中的氣體流量來改變比例值。由于在計算過程中，我們利用過零檢測獲得的多個過零點所在時間點的平均值計算超聲波回波信號的傳播時間，所以，消除了計算過程中的隨機誤差，并提高了氣體超聲波流量計的計算精度。與傳統(tǒng)的方法相比，本文的方法具有更強的抗干擾能力，也更有利于拓寬氣體超聲波流量計的測量量程。
　　為了驗證上述數(shù)字信號處理方法以及氣體超聲波流量計的有效性，進行了氣體流量標定實驗。標定結(jié)果表明，整個流量計滿足一級精度，測量范圍為30