基于超声波多普勒效应的管道流速测量的研究.pdf

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1、2016年仪表技术与传感器2016第4期InstrumentTechniqueandSensorNo．4基于超声波多普勒效应的管道流速测量的研究范寒柏，左保收，贾少栓，陶丹(华北电力大学电子与通信工程系，河北保定071000)摘要：时差法作为一种传统的测流原理，由于存在安装难度大、机械制造精度要求高和时间截取准确度要求高等因素，造成时差法测流存在一些不确定性，可能无法实时准确地反映水层的瞬时流速。针对上述问题，运用超声波多普勒效应，即水层与流速仪存在相对运动时，声波的反射信号将产生相应的多普勒频偏，研究并设计了一套完整的以sTM32F407VGT6为核心处理芯片的超声波发射电路和微弱

2、超声波信号接收处理电路，介绍了基于复调制的ZoomFFT的基本原理，同时成功地运用到了管道流速测量的算法当中，并取得了良好的测试效果。关键词：时差法；超声波；多普勒效应；频移；复调制；流速测量中图分类号：TH815文献标识码：A文章编号：1002—1841(2016)04—0101—04ResearchofPipelineFlowMeasurementBased0nUltrasonicDopplerEfect～～FANHan—bai，ZUOBao—shou，JIAShao—shuan，TAODan(DepartmentofElectronicsandCommunicationEngi

3、neering，NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071000，China)Abstract：Asthetraditionalprincipleofflowmeasurement，withthefactorsofinstallationdifficulty，highprecisioninma—chinerymanufacturingandfinetime-interceptingrequirement，thetimediferencemethodhassomeuncertainty，resultingininac—curaterefle

4、ctinginreal—timeinstantaneousflowrateoftheaqueouslayer．Aimingattheaboveproblems，theultrasonicdopplereffectwasused，thatis，whenthereisarelativemotionbetweenwaterlayerandflowmeasuringinstrument，soundwavesreflectedsignalwillproduceacorrespondingdopplerfrequencyshift．Acompleteultrasonictransmitterci

5、rcuitandweakuhrasonicsignalre—ceivingcircuitwereresearchedanddesignedwithSTM32F407VGT6coreprocessingchip．ThebasicprincipleofZoomFFTbasedoncomplexmodulationwassuccessfullyappliedtothepipelineflowmeasurementalgorithm，thusachievinggoodtestresults．Keywords：timediferencemethod；ultrasonicwave；doppler

6、effect；dopplerfrequencyshift；complexmodulation；flowmeasurement0引言c’(2)流速作为一个重要的水文参数，对于水资源保护、水资源环境评价、防灾减灾和海洋气候等方面都有重要的意义。近年式中为多普勒频移量。来，伴随着电子技术的不断发展，超声波测流作为一个新兴技术应运而生。超声波多普勒管道流速测量仪是利用多普勒效应来测量水层流速的装置，适用于含有适量的能够反射超声波信号的颗粒物的水文环境。与传统时差法测流相比，超声波管道流速测量仪具有测量精度高、适用性强和不影响管道水流状态等诸多优点，因此广泛用于工农业、水利和水电等部门，逐渐成

7、为测流的首选工具。图1多普勒测流原理示意图1多普勒测流原理2系统的硬件设计声学多普勒效应中，当声源和观察者存在相对运动时，系统的硬件部分大致包括电源模块、STM32F407核心处理观察者接收到的声波频率会偏离声波原来的频率。相对运动模块、通信模块、超声波发射电路、多普勒频移信号接收处理电速度越大，频率偏移也越大。设发射换能器发射频率为，0的超路(LC选频放大网络、高频信号放大电路、混频器、LC低通声波，经过水中颗粒物的反射后，如图1所示，接收换能器接收滤波