基于超聲多普勒方法的管道流量測量研究

【英文題名】 Research on Pipe-Flow Measurement Based on Ultrasonic Doppler Methods
【作者】 羅守南;
【導師】 馮冠平;
【學位授予單位】 清華大學;
【學科專業(yè)名稱】 儀器科學與技術 
【論文級別】 博士
【網(wǎng)絡出版投稿人】 清華大學;羅守南 
【關鍵詞】 流量測量; 超聲多普勒; 虛擬儀器; 數(shù)字信號處理;
【英文關鍵詞】 flow measurement; ultrasonic Doppler; virtual instrument; digital signal processing;
【中文摘要】 超聲波流量計是流量測量最有發(fā)展前途的三種途徑之一,但當前國內外的研究主要集中于時差法,工業(yè)管道用超聲多普勒流量計的性能普遍不高,無論是理論方法還是技術實現(xiàn)手段均停留在20世紀90年代初期的水平,存在不能判斷流速方向、低流速測量困難、動態(tài)響應速度慢、實時性差等缺點。 論文以超聲多普勒管道流量測量的方法、系統(tǒng)實現(xiàn)和產(chǎn)品化為研究對象,首先分析歸納了管道流體的速度分布規(guī)律、厚度伸縮振動模式壓電換能器的等效電路以及超聲波在管道和流體中的傳播規(guī)律,為超聲多普勒探頭的設計、管道截面平均流速的估計等提供了理論依據(jù)。 在理論方面,研究將超聲多普勒信號解調到一個中頻基準,建立了一種新的超聲多普勒管道流量測量方法,該方法主要有三個方面的優(yōu)點:(1)能判斷流速的方向;(2)解決了低流速測量難題;(3)提高了流速測量尤其是低流速測量的動態(tài)響應速度、實時性以及穩(wěn)定性。在此基礎上,對選定窄帶內的多普勒信號進行高精度頻譜估計,并提出一種閾值抽取譜峰搜索方法估計管道中心軸線上的最大流速,該方法運算量小、穩(wěn)定性好,并能修正多普勒譜峰低頻偏移的影響。 在實踐方面,研究設計了外夾式超聲多普勒探頭...
【英文摘要】 Ultrasonic flowmeter is one of the most promising three methods in flow measurement. But present researches on ultrasonic flowmeters mainly center on transit-time methods. Doppler flowmeters for pipe-flow measurement have poor performances. Their theories and implementations are still stay at an early stage of the 1990’s. They suffered from such disadvantages as can’t decide the flow direction, difficult to measure the low-velocity flow, low dynamic response speed and bad real-time performance. Th...
【DOI】 CNKI:CDMD:1035980