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超声波流量计如何运用在混沌检测
2017-09-06       suixiang    浏览:250    0  

超声波流量计具有适用于大管径、无压力损失、维修方便等优点,因此该类仪表在流量测量及监测领域具有广阔的应用前景。按测量原理分,超声波流量计主要有时差法和多普勒效应法。其中时差法的测量精度高、重复性好,但它要求所测流体是清洁流体;多普勒效应法虽然适用于含悬浮颗粒较多的浑浊流体,但由于测量原理的局限性,它的测量精度低、可重复性差。因此,如何采用新的信号处理方法,扩展时差法的使用范围成为一个新的研究课题。

采用时差法测量含有较多悬浮颗粒的流体时,超声波会被流体衰减、散射和吸收,在接收换能器上得到的信号常常会非常微弱,此时如果干扰噪声较大,测量值就会严重偏离真实值,产生粗大误差,失去测量的准确性。因此,要想采用时差法测量含有较多悬浮颗粒的流体,必须采取新的信号处理方法,避免粗大误差的产生。混沌振子对小信号的敏感性及对强噪声的免疫力,可以克服以上缺刮。本文采用数字化的信号处理方法,利用混沌振子对微弱超声信号进行检测,避免了粗大误差的产生,提高了测量精度。从而可以扩展时差法的使用范围,使它能够用来测量含悬浮颗粒较多的浑浊流体。

Duffing振子的相变对频差较大的周期干扰具有较强的免疫力。

因此若将带有强噪声的外界有用信号作为系统内部周期策动力的摄动引入Duffing振子系统,系统是否发生相变只与有用信号有关,噪声虽然强烈但只局部改变系统的相轨迹,很难引起相变 。这充分体现了Duffing振子对于噪声的强免疫能力。

采用时差法的超声波流量计产生粗大误差的主要原因是接收到的信号非常微弱,淹没在噪声中。为了避免粗大误差的产生,就要剔除接收信号非常微弱的时间段。实验中,将超声波换能器接收到的信号,送人信号调理模块,进行滤波放大,其中放大电路采用前置放大和主放大的结构,总增益为60 000倍;该信号再经MP312采集卡后送入计算机,采样后的数据在时间轴上放大1 000倍后作为系统内部周期策动力的摄动引入Duffing振子中。混沌检测算法采用Visual C++开发,使用四阶龙格一库塔方程对混沌振子进行数值积分。

实验结果表明在强噪声的干扰下,混沌检测法可以对信号的强弱区间进行有效的区分。

根据振子的输出图像可以将0~3 ms之间的信号剔除,而保留3~7 ms之间的信号,然后在对保留下来的信号进行相关等运算,就可以计算出流量。因为剔除了信号非常微弱的时间段,而采用信号较强的部分进行计算,所以该方法避免了粗大误差的产生。

Duffing混沌振子对频差较大的周期信号以及噪声信号有很强的免疫力,利用振子的间歇混沌特性可以实现微弱信号的检测。在超声波流量计的信号处理中应用混沌检测法,可以检测出信号取值较大的时间段,从而剔除信号非常微弱的时间段,避免产生粗大误差。所以,混沌检测法可以扩大时差法超声波流量计的使用范围,使它可以应用于两相流的测量,而且还能提高测量的精度和稳定性。

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