试析多声道超声气体流量计的精密测速技术

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1、华中科技大学硕士学位论文多声道超声气体流量计的精密测速技术姓名：华志斌申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：李昌禧20070124华中科技大学硕士学位论文摘要超声流量检测技术目前在液体流量计量中得到了成功的应用，它在计量精度、可靠性、压力损失、维护费用等方面显示出了自己独到的优势，成为流量检测领域的一个亮点。然而在气体领域，应用超声波来检测流量的技术尚未成熟，只掌握在少数几个厂家手中。出现这种情况的原因在于超声波在液体和气体中的传输特性存在较大差异，液体领域中常用的超声信号处理方法并不适用于气体。本论文旨在提出一种合适的超声信号处理方法来实现超声波的精密测速，使

2、得超声流量检测技术能够应用到气体中。论文首先详细介绍了超声流量计的信号处理方法的国内外最新发展情况，结合超声波在气体中的传输特性，分析了这些技术的特征以及在超声测速应用中存在的问题。通过综合比较，在互相关理论的基础上提出了一种改进的极性相关算法来处理超声信号。这种算法设置了极性化后的四个周期超声波标准信号，将它与极性化后的超声回波信号进行相关，得到相关值的分布情况。对这个分布情况的分析表明，如果回波中有超声信号到达，相关值的极大值将呈现出一个周期性，且与超声波的周期相同，这些极大值的差值也在一个较小的范围内。而当回波中没有超声信号时，相关值的极大值没有固定规律。以此便可以实现超

3、声信号的准确识别。在国家标准“用气体超声流量计测量天然气流量”的基础上，提出了多声道超声气体流量计对测速的技术要求，并得出了系统总体方案。系统以单片机AT89S52作为硬件核心。文中详细介绍了单片机的存储扩展电路、超声波驱动电路及控制电路、超声波接收及信号处理电路、显示电路以及通讯电路的设计，并根据单片机的功能和任务分别描述了各个部分的软件设计，详细介绍了改进的极性相关算法的程序实现。同时对硬件抗干扰和软件抗干扰也进行了深入的分析。利用该测速系统，进行了超声波的重复性测试，以及在以空气为介质的零流实验。结果表明，超声波的重复性好，对超声波的识别也非常准确，而且系统稳定性良好。关

4、键词：多声道超声波测速流量计过零检测极性相关I华中科技大学硕士学位论文AbstractUltrasonictechnologyforflowmeasurementhassuccessfullyappliedinliquid.Duetotheaccuracy,stability,nopressureloses,widemeasurementrange,andlowcost,ithasbecomeanoveltechniqueintheflowmeasurementarea.However,ultrasonictechnologyforflowmeasurementisimmatu

5、rityingas.Andthistechniqueisgraspedjustbyseveralcompanies.Thereasonisthattheultrasonicsound’stransfercharacteristicingasisdifferentfromliquidsituation.Thisthesisaimedatfindinganappropriateultrasonicprocessingmethod,sotheultrasonicsound’sprecisionspeedmeasurementcanbesatisfied,andtheultrasoni

6、ctechnologyforflowmeasurementcanbeappliedingasarea.Inthisthesis,thecurrentlydomesticandoverseasgeneraldevelopingsituationsofthesignalprocessingmethodinultrasonicflowmeteraresummarized.Accordingtothecharacteristicoftheultrasonicsoundtransmittinginthegas,theessentialpropertiesofthesetechniques

7、areanalyzed,andtheproblemintheultrasonicsoundspeedmeasurementisbeendiscussed.Aftercomprehensivecomparing,animprovedpolaritycorrelatedarithmeticisputforwardbasedonthecross-correlationtheory.Thisarithmeticsetupfourcyclestandardultrasonicpolarsignal,a