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1、超声波流量计（信号处理）摘要：超声多普勒流量计主要用于污水类非纯净液体和混有固体颗粒的两相流的流量测量,其优点是:分辨率高,对流速变化响应快;对流体的压力、粘度和温度等因素不敏感。但就当前测量水平来说,其精度及其它性能都有待于进一步提高,因此,超声多普勒流量计的研究无论是对于自动化测量技术的提高还是对于环保事业来说,都将是一项极有意义的研究课题。本课题设计的超声多普勒流量计引入先进的数字信号处理技术,在频域上对多普勒信号进行有效的处理,主要处理技术是以快速傅里叶(FFT)变换为基础的周期图法和峰值逼近算法。具体方法是首先对多普勒频移信号进行采样,再进行FFT变换,进而得到该信号的
2、功率谱,在功率谱上应用峰值频率的逼近算法,加上适当的数字滤波技术,从而得到频移信号所对应的频率,在此基础上,根据多普勒效应原理,求取管道中流体流速及其它数据量。以MATLAB为分析工具对超声波多普勒流量计信号处理方法进研究,并对可行的数据处理组合方式效果进行分析,为该类流量计的软件设计提了新供的思路。关键词：多普勒；流量计；FFT；峰值逼近；MATLABThesignalprocessingofultrasonicflowmeterAbstract:UltrasonicDopplerflowmetersaremainlyappliedtomeasurefluxofsewageor
3、otherliquidwithsolidgrain.Theyareofhighresolvingpower,andcanrespondquicklywiththevarietyofvelocity.Moreover,theyareinsensitivetothepressureandtemperatureofliquid.Butnow,techniqueinthisfieldwillbeimproved,sothetaskissignificativenotonlytoautomaticmeasurementbuttoenvironmentprotection.Hardwarea
4、ndsoftwareofUltrasonicDopplerflowmetersaredesignedinthispaper.DigitalsignalprocessingisintroducedtoanalyzedDopplersignal,forexample,FFTisusedtoconvertDopplersignalfromtimedomaintofrequencydomain,andthenthealgorithmofapproachingpeakvalueisputintopractice.Afterthis,filtersoftwareisinuse.ThusDop
5、plerfrequencyshiftisobtained.AccordingtoDopplereffect,velocityandfluxcanbecalculated.ThispaperinvestigatesUltrasonicDopplerflowmeter’ssignalprocessingmethodsthroughthesoftwareofMatlabandanalyzsestheeffectsofpossiblecombinationofdata-processingmethods.Aboveall,thenewideasareprovidedforflowmete
6、r’ssoftwaredesign.Keywords:DopplerFlowmeter；FFT；Approachingpeakvalue；MATLAB目录1绪论11.1超声波流量计简介11.2多普勒超声波流量计的发展21.3课题研究的意义22多普勒超声波流量计测量原理42.1多普勒效应42.2多普勒超声波流量计的工作原理以及模型62.2.1工作原理62.2.2多普勒超声波流量计的测量模型72.3超声波流量计的系统硬件实现72.3.1系统硬件总体方案72.3.2超声波流量计信号处理部分的电路介绍93超声波流量计的信号处理133.1超声波信号处理模块133.2信号处理模块涉及到的理论
7、知识133.2.1快速傅里叶变换（FFT）原理133.2.2低通滤波器173.2.3采样频率的选取194仿真实现204.1仿真MATLAB软件的介绍204.2基于MATLAB中对信号进行处理的流程224.2.1对信号进行滤波234.2.2基于MATLAB对信号进行FFT254.2.3找出相应的频偏值并计算出流体流速265结论28致谢29参考文献30附录311绪论1.1超声波流量计简介频率高出人耳可以听到的频率极限（大小超过20KHZ的频段）的弹性振动，这种振动通过波动的方式在介质
