基于超聲多普勒方法的管道流量測(cè)量研究

【英文題名】 Research on Pipe-Flow Measurement Based on Ultrasonic Doppler Methods
【作者】 羅守南;
【導(dǎo)師】 馮冠平;
【學(xué)位授予單位】 清華大學(xué);
【學(xué)科專業(yè)名稱】 儀器科學(xué)與技術(shù) 
【論文級(jí)別】 博士
【網(wǎng)絡(luò)出版投稿人】 清華大學(xué);羅守南 
【關(guān)鍵詞】 流量測(cè)量; 超聲多普勒; 虛擬儀器; 數(shù)字信號(hào)處理;
【英文關(guān)鍵詞】 flow measurement; ultrasonic Doppler; virtual instrument; digital signal processing;
【中文摘要】 超聲波流量計(jì)是流量測(cè)量最有發(fā)展前途的三種途徑之一,但當(dāng)前國內(nèi)外的研究主要集中于時(shí)差法,工業(yè)管道用超聲多普勒流量計(jì)的性能普遍不高,無論是理論方法還是技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段均停留在20世紀(jì)90年代初期的水平,存在不能判斷流速方向、低流速測(cè)量困難、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)。 論文以超聲多普勒管道流量測(cè)量的方法、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品化為研究對(duì)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(dòng)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(shè)計(jì)、管道截面平均流速的估計(jì)等提供了理論依據(jù)。 在理論方面,研究將超聲多普勒信號(hào)解調(diào)到一個(gè)中頻基準(zhǔn),建立了一種新的超聲多普勒管道流量測(cè)量方法,該方法主要有三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):(1)能判斷流速的方向;(2)解決了低流速測(cè)量難題;(3)提高了流速測(cè)量尤其是低流速測(cè)量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、實(shí)時(shí)性以及穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上,對(duì)選定窄帶內(nèi)的多普勒信號(hào)進(jìn)行高精度頻譜估計(jì),并提出一種閾值抽取譜峰搜索方法估計(jì)管道中心軸線上的最大流速,該方法運(yùn)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(shí)踐方面,研究設(shè)計(jì)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