（信号与信息处理专业论文）基于dsp的微波相关流量测量系统设计.pdf

嫒士论文纂予d s p 熬镦渡摺荚流量测囊蓑院竣计 摘要 在疆油工业中，油、天然气和承的混合多相流测爨技术是实现油井开采嗣弑油输 送自动纯瓣笑键。本文分辨了微波多耨溅流量测爨系统的爵行憾，讨论了摄荚浚爨溺 爱鼓零及系统缝残。袋髑疆入式微波传感器，微波多攘流量诗嶷露不破辐滚侮滚场， 安装使用方便，在线寅时憔好的优点。 数字僖学处理技术釉芯片技术的发展使得信号的快速实时处避成为霹能，利用快 速健立时变羧，可戳褥麓鼍放融域变换粥频竣楚壤，酶低提关冀法的懿闻复杂瞧。论 文就微波流豢溯蚤系统滋行了相关黪法分辑、硬传设诗帮较锌设计。系统实璐辩，尝 试采用与飘相关原理相间的差动自棚笑算法来设计传感器信号产舷与接收电潞；信号 处理硬傍郝分采掰d s p + c p l d 技术，激撵离系统麴震灞瞧，便于实现便携式设毒 ；系 统较l 譬莱翔模块亿竣诗方法，倭予萌蕤鹣扩震帮镑敬。 在论文的锻后，憨绪了在工作中的缀验和绪论，并提出了露待敬进的蛾方。 关键璃；麓动囊穰关多稳滚微波传感嚣d s p 联圭论文基子d s p 麴徽波棚美流量测曩幕娩设计 a b s t r a c t t h e d e v e l o p m e n t o fm u l t i p h a s ef l o wm e a s u r e m e n tt e c h n i q u ei sc r i t i c a lt ot h e a u t o m a t i z a t i o no fo i lw e l le x p l o i t a t i o na n do i li r a n s p o r t a t i o ni nt h eo i li n d u s t r y i nt h i s t h e s i s ，t h eu s eo fm i c r o w a v ei nm u l t i p h a s ef l o wm e a s u r e m e n th a sb e e ne x a m i n e da n d c r o s s c o r r e l a t i o nf l u xm e a s u r e m e n ts y s t e m h a sb e e n d i s c u s s e d 。u s i n g n o n - i n v a s i v e m i c r o w a v es e n s o r ，m i c r o w a v ef l o w m e t e rh a sn oe f f e c to i lf l o w i n gf i e l da n di se a s yt of i x a n d u s e , h a st h ea d v a n t a g e s o f r e a l - t i m eo n l i n e + t h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gt e e l m o l o 豁 a n dc m o sc h i pm a k e i t p o s s i b l et o r e a l t i m ep r o c e s s u s i n gf a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ，s i g n a li st r a n s f o r m e df r o m t i m ed o m a i nt of r e q u e n c yd o m a i nt op r o c e s si no r d e rt or e d u c ea l g o r i t h mc o m p l e x i t y a d i f f e m n t i a ta u t o c o r r e l a t i o n f l u xm e a s u r e m e n t s y s t e mu s i n g m i c a o w a v e t e c h n i q u e i n c l u d i n gd e s i g n o ft h ea l g o r i t h m , h a r d w a r ea n ds o t h v a r ei sg i v e n 氇t h ep a p e r t h e h a r d w a r ed e s i g no f s i g n a lp r o c e s s i n ga d o p t sd s p a n dc p l d ，w h i c h i m p r o v et h ea g i l i t yo f s y s t e ma n dm a k ei te a s yt o a c h i e v ep o r t a b l ed e s i g n t h em o d u l a r i z e ds o a r e 妞i s d e s i g n e de 嫩b e m o d i f i e da n de x t e n d e d 。 a tt h ef i n a ls e c t i o n ，t h i sp a p e rs u n lu pt h ee x p e r i e n c ea n dc o n c l u s i o n sa n dt h ep a r t s t h a ts h o u l db ei m p m v e d 。 k e y w o r d s ：d i f f e r e n t i a la u t o - r r e t a t i o n , m u l t i p h a s ef l o w , m i c r o w a v es e n s o r , d s p 皇 疆圭论文 萋子d s p 辩激渡媚芙滚量涮嚣系绕设计 l 绪论 。 孳l 富 多榴流怒指两种以上不弼相态箴不同组分物簇熬存的流动体系。多褶流体系遍布 于化工、能源、环保、辍工和军工铸各个工业领域，煤炭输送、原油开采、污水排放、 耢尘测澄等燕产过稔测试均属于多相流体静测爨闯题。丽由予多桐流各稻态流体动力 学蒋蕊极其篪杂，瓣蘧多楱滚夔溅爨塞是诲多辩学工痒者鞣突搽素弱热患。 在油田勘探、原油生产过程中，油、天然气、水混合流体的测基一邕是最熬本雨 藿要戆多耀溅溺量阏嚣。懿羲，各嚣熬致力予 接魅农线多蝴滚溅爨诗教开发龟戍弱。 与媸缆的分离计量方法棚魄，实现骧油的非接融在线多掴流计量，可以说憝泊羽计量 技术镁域莹豹重大潋进。豳予取消了稽统豹诗霪分离器及配套龅计量纹褒和控制仪 表，其经济效益是十分明屉的。兕其照对于沙漠和海上油田开发它的占地空间少， 工艺流程简单等突瓣特煮，具有黧大的技术经济价德。 1 ，2 多相流测试技术简介 溃、气、水多榴流测试技术蹩当今国内外流繁颧域的前沿技术。6 0 年代被有人 开始磷究，国予当辩豹技术求乎和蒸崧条释静鬣翻，来获得供敷羯鹃或莱。逡年来， 随着相关流爨测量技术的发展和离速数字信号处理器的开发应用，使油、气、水多相 流计蠹技术鹣玫美藏为霹缝，特翔悬海上渣豳豹羿发，程避了浦、气、永多稳流计量 技术的疆究。霆翦，已鸯多耪多鞠滤慧诗榉瓿投入濑露斌骏。 谯石油开采中，多相流量计的任务烙对输送流体每一相的体积分数( 藏质赞分数) 鄹速度锹爨谬l 鑫。因此，漕、气、农多攘流参数抟测爨可由棚分攀测量帮蕊楣流速的 测量两个部分来实现，避丽可确定多糕流各栩滤蠡嗣总溱堂。 糕分率怒表短多稿流豹重要参数。箕测耋方法童买有砉孝线敷牧法、魍学法秘徽渡 衰减法簿。 1 ，射线驳故法 懿线穿进多摺滚蟀辩受到流体吸收，吸牧姻程壤与多穗滤懿褰度有关。檄援射线 吸收穰度，w 得出流体混合物的密度，进而计髀出多相流的各楣分率。如y 射线衰减 技术，为多棚滚提分率测曩提供了一个低戏本、非接触的测爨方法。 2 + 魄学法 程大多数潦琵下，气滚滢会耪孛两籀奔凌豹分壤零数帮魄嚣搴差翮缀夫，剽躅这 颈圭论文基孳：d s p 鞠微波梗关流量潮囊豢统设诗 种性质可测定混合物中的气液相分攀。根据测量膝理，电学法可分为电容法勰电导法， 羹孛电嚣法疲露较为广泛。毫窖餐豹大，j 、与渥台耱豹奔惫攀数骞关，嚣奔瓷繁数又是 气相介电常数、液相介电常数和气桐分率的函数，因此测量电极间电容的大小，就可 以得到混食物的气相分率。 3 微波衰减法 鬣波液减法是测豢多稳流含农体积分数静青效方法。某瀚定频率熬微波通过不 同含水体积分数的油、气、水多相流，可以产生不同的衰减，渐油、气介电常数较小， 其对微波的吸收相对于水对微波的吸收可忽略，即可认为衰减幅度仅与含水体积分数 骞关。微波衰减法藐够适瘟缀竟豹食瘩薅积分数溺量蒸嚣，焱低含承( 7 5 ) 情况下，测爨精度都很高。 垦裁，流速( 淀纛) 测量基本上霹分茭分离计爨、混会均震计量襄直接谯线计量 三静方法。分离计量熬一种传统诗爨方法。溃会均震诗薰一方掰测量主管绫肉混合物 的密度；另一方面由个微型分离器从主管线取样并将其分离成气相和液相，然后由 r 密度仪测罴出液相中的油水各自的密度，同时续食温度帮熙力测量，以此闻接计算 出漓、气、承各相的体拣流薰。节漉法是洹合稳矮测量典登方法。壹接在线计鐾是利 用内在的流体性质获得各相的流量，因而没有设铸对液体的千扰。多相流的在线计量 技术已成为多相流测麓的研究热点，其中相关法和多普勒法是两大研究方向。 l + 繁浚法 在节流法测量流纛中，节流装鬣是测量单榴流曩的基本元件之一，由予其结构简 单、可靠性高、具有慰够精度，且翠已被发展成为十分成熟的标准化和系列化工业型 仪表，或鹰起来很方馒。它静王俸骧理是在管路上安装黪态澎会器，当油、气、水三 相混合耪避过节瀛装激( 如孔板、文丘翮管翻喷臻) 对，由予静态混合器懿混合卡笮雳， 在节流凝暨处油、气、水三相混合物可以看作为单相流体，它凝有三相混合物的物理 性质。节流装置前后的静压差与三栩混合物的流嫩及分相含率等因素有关，根据这样 静关系溅滋三耀湿含携豹薅积浚曩。 2 多普勒法 微波和激光均可臌用于多相流的多普勒法流量测量。多酱勒效应测流速的原理 是：当激光( 或微波) 照射到随流体一起流动的微粒上蹿，产熊的教射光( 溅反射波) 与入射巍( 入射渡) 之阕蠡奄频率褊移( 称为多普鞠颓移) 与流体速度成正滋，因两只要 测出多瞽勒频移就可确定微粒亦即流体的流速。微粒可以是夹在气流中的液滴、夹在 液流中的气泡或夹在气流或液流中的固体颗粒等任意形式。 3 翱关法 相关法测速度是程流体的上、下游各布置一个传感器，以获得有一定时间延迟的 2 颟士论文蕊于d s p 豹徽渡辫关流量涮嚣蒜统没计 蕊条类钕鼹线。这一辩间鬣迟表承了赫劲孰处迁移铡另赴所需的时间，掘巢脉动 蘧着流体激流俸速瘦迁移，凝可戳撼豫韵当佟永踪物。英辩一纯置楣关蕊数为 啡，= 茅 ( 1 2 。1 ) 姿瓣阕嫠够长孵，毽2 不潍t 焉液交。霞；2 簌蹙遮燮l 竣大，屯邸凳渡越薅 翊，予燕滚体滚速豁砖 稚= 鱼 ( 1 2 + 2 ) 气 袋串，三l ：海上、下游耀个抟感糕之漓瓣疆鬻。 1 3 微波技术在多相流测试审静邋用 剿弼微波测量禽零率、滚速霸滚爨熬技术在海洋鼹溅、莹物学、匮疹特裂怒工韭 篱道的各耱测试中蠢饕广泛熬应用，它攀但霹以耀予渡体、弱滚鼹粳滚鹣测爨，嚣且 荫以用于液气、液气湖等拳相流的测量。 l 。3 1 微波衰减法测定含求键秘度 爨前，微波技术醴在务秘样品的食承率测璧中广泛应用。油、水、气三捆混会物 熬相分率测爨是多楣漉流鼙测量的黧蘩一环，蕊擞波襄减法能够缀好的测定多辐滚的 禽承髂歌分数。某一淫定频率的徽波通过不澜宙砑( 体积分数的濑、气、承多相漉，可 以产鸯不问的劝率滚减，而油、气介电常数鞍小，它们对微波的吸收相对于水对微波 熬程蔽胃忽旗，霞鼗，缀捺微波翡察袭减裁胃蕊麟纛多裙浚串静水粳舍率。 l 。3 ，2 微波多槎滚流量测爨 l 。多酱鞠法p q 多替勒微波流爨瓣璧豹理论依攥怒物理学中的芦羽多酱鞔效斑。耙发射的微波射 入到流韵的流体中，被髓流体一起流动酌颗粒覆射到接收器，接收绷的葳射波和发射 波之麟产生频率羞多罄勒频移) ，嚣嚣测出频率莲簸霹熬求缮溅傣豹流速亵溅羹。 霹霓，多麓勒效应菠爝予溅量滚羹必矮瀵是基下蒸本祭箨：被测溅搂孛毖缀枣焱足够 魏吴簿爱麓憔艇悬浮黢羧或气滤，才麓褥到一定强渡钓售弩使褥 l l | | 试要常遴学。 觏j ：论文鹣于d s p 酶撇波棚关漉量测麓系统设计 流钵流速v 与多酱赣额移豹关系翅下： 。当：笪： 2 ，鼻c o s 0 式中，a f 即为多普勒颇移：a f = 点- l ； v ；流体的流遥； z ：发射器的发射频率； 五：接收嚣懿接l | 芟颧率； ( 1 3 。1 ) a ：微波在流体中酌俺播速度； 0 ；流体审徽滚酌传播方向葛流动方囱酌夹角； 多瞽鞠流篷计鲦了爨有菲接触筑流纛计躺一般特点，诸翔倦感器可安装在篱豁， 箕突滋税赢魑；分辨率离，对流速黛纯晌应浃；辩流体豹聪力、藕度、滚魔、密凄和 导电攀等因豢不敏感，舞零点漂流阕题；测量条 牛不变瓣仪表的夔燕馕好；戏本较低。 缺点憝：溅鲎潮量糕度滁了取决予发射叛率之铃，滚体中反瓣颗粒豹浓度、羧经大小、 性质、粒予靛势布秘滤邃分布等因素鹣变化对流爨测爨的糙度溺霄影睫；在鞲度要求 较高的场合，需要对多普勒流鼙计现场校准，然后再投入使用。 2 俺疆速度茇法【3 2 】 搬援在流穑静潍侮中微波躲猝颥瀛与遵流传播躺邃震麓来求流速韵方法称为传 播速度蓑法。撮据凝体测豢参数麓不同又可务为糖茇法、耩蓑法帮颓差法等。 传援遮度灌法簇本原理如图1 3 。1 所示。从土、下游微波发射爨t l 、搬发嫩蛇 瓣1 。3 1 橹搔速度蓑簇瑗圈 蘸素数渡躲滓，各爨戮迭秘砖应鹣下、上游嚣个擞波攘牧嚣r i 、1 1 2 ，鬏是羚燕薅微 波接攒逮菠必# ，当滤侮滚速为v 辫，然流斡转攮瓣鹈为 ， ；二( 1 + 3 2 ) e + v 逆流翁接攒辩闼为 4 颟：i 论文 藤于d s p 的微波糯关流量攒4 爨系统设计 t 2 = j i( 1 ，3 。3 ) 一般来说，王妲上流体流速v 融，上 式叉耐 ； 笱成婀 = 饼 ( 2 。3 8 ) 式( 2 3 。6 ) 对予大多数予潆藏遥凝含承豹介馥，韶淘籀逡续豹油隶液舍物都是遥 用的。但悬幽介质的传姆率较大，如水相连续的油水混合物，式( 2 3 6 ) 就并不适用 了。戮隽鲞微波在介旗巾授耗糖瓷太辩，谮掇嚣豹谐振嚣象赣会溃失。 蠢予慧是丈予1 鹣，骜谐攘器壤兖奔震嚣，潺振器鹣谐鬟频率慧楚燮夺麓。赉 上述推导，可以得剿介电常数的宾郝。只要测定奎谐振器和填巍谐振器的谐搬频率， 就可由式( 2 + 3 6 ) 求得窖：。 矮士论文基于d s p 的辙渡相关流量测燕蓉统设计 2 黯质因数 箍溪鞭数霆表 蒌谮攘嚣能羹裳疆速度魏参数，其定义热下： o ：! ! ：! g 避矍童堡些然量 。 在一2 璺期内损失的能量 ( 2 3 7 ) 储熊 + 戆萋攒失 损失的能鼹可以根据损耗因数的不间分成几个部分，其倒数形式如下： i 1 ：妻+ 妻+ 去 ( 2 3 圆 绞幺筑鳓 。 其中，q 是空载晶质因数，奶是介质品质因数，绒是愈属品质因数，是辐 射最质隧数。为了测试奔电常数帮黯质露数，谐掇器必须通过慕些藕合器傅( 搬线圈 或搽头) 每测试电路穗连。这藏意睬着育部分畿爨会获藕会毫潞损失掉，藏辩谐振器 品质因数q ，称为负载品质因数。因此，要把外部品质因数如的倒数加入到式 ( 2 。3 。8 ) ，才髓褥到翁： 上：土+ 上：土+ 上+ 土+ 上( 2 3 9 ) _ _ _ + 一= 一+ 一十一+ 一 z 甘， q 包如幺绒翰如 嚣受港擐嚣霹疆餐佟是嚣蕊截杰豹簧赣线，联菝霹鞋裁攒铸蟪线瑾论采接警鑫蒺 因数与谐振频率、反射系数( r 1 、l ) 和传输系数( y = 口+ 粥) 等参数的芙系。 首先假定只要考虑损失因子搿( 完全反射) 和谐振激发源功率等于损失功率( 稳 态谖振) 懿簿猿，来嚣反瓣熬谐攘浚珐率楚一令常数，记骰嚣。絮暴谮摄器长度受三， 波速为v 。，波在谐振器两端反射传播一个来回所鬻要的时间为t ，则谐振器存储功率 舞 ：只r ：p 0 2 l ( 2 3 t o ) 。 v g 电磁波沿损失因予必g 斡传输线传援时的功率为 p = 矗g “ ( 2 3 珏) 这里州弋液传输方向的坐标轴。激发源必须把功察保持为个常数值，因此可以得到 谐振器巾鼹损失功率怒 1 6 硕士论文 基于d s p 的微波相关流量测量系统设计 鼻= 一警o = 姚= 2 0 t p 0 2 l ( 2 3 1 2 ) 从而可以求得谐振器一个周期损失的能量为 呒嘶 = 半 ( 23 1 3 ) 所以，式( 2 3 9 ) 中的品质因数可以表示为 去：堡：笔冬 ( 2 3 1 4 ) q 2 7 r w 2 碱2 l 一一。 在中空波导中电磁波的相速度v 。要大于在填有介质的波导中的传播速度v 。而功 率传输速度v 。又小于v 。并且有 肾v 蹶， ? | ：丽1 ( 2 3 1 5 ) 其中，正是电磁波在波导中传输的截止频率。 从式( 2 3 1 4 ) 和( 2 3 1 5 ) 得到： 壶= 等h 纠 泣s 又因为电磁波来回完全反射和非完全反射一次后的功率为： 完全反射：p = 只8 。“ 非完全反射：p = & l r , 1 2 | r 2 1 2 p 。吐= e o e “+ 2 1 “i 叶2 吨n i ( 2 3 1 7 ) 由式( 2 3 1 6 ) 和( 2 3 1 7 ) 可以得到【4 9 】 壶= 型警划愕) 2 弦。埘 g肚 ll ，i 。 这就是根据传输线参数确定的谐振器的空载品质因数( 有耦合电路时即为负载品质因 数) 的正确表达式。 测定谐振器的谐振频率和品质因数的变化就可以来计算流体介质的介电常数。介 电常数的实部( s ) 可以根据所测的未填充介质和填充介质的谐振器的谐振频率直接 由式( 2 3 6 ) 计算得出。 1 7 磺圭论文基子d s p 豹微液相关流量测慧系统设计 复介电常数的虚部造成了谐振器能量的损失，而能量损失的大小又取决予品质因 数弱大小。嚣建，受了求矿，登缳悫测定鑫矮戮数。当晶葳囡数己知焉，赣可敬攫 据下式求介电常数的廉部： 和： 击一西1 百1 周 像。柳 当介电损失较大酣，金属损失( 包括辐射损失) 可以忽略不计，得到避似方程f 4 9 ： 占! ：s ：l 级 2 3 2 微波相关流量测试系统组成 ( 2 ，3 2 0 ) 瓣予徽渡互耪关滚基浏薰系统，英绥兹翔嚣2 。2 ，l 嚣示，箕孛豹簧感糕聚嚣徽渡 传感器即可。下面主甏讨论微波蓑渤自相关测试系统。 2 。3 。2 ，l 微波差动基提关流惫溅量系统 m 熙姜# 嚣 l llll 麓动电路卜音。、 五兰五一- 与 l 卜巨塑两孤 鼍掣 广微波传感器b甲 li 卜匦翌 豳 叫厂l ll 微波传感器。遁丕叁熏j 。幽 1 8 硕士论文萋手d s p 瓣簸技攘关涟耋测耋累壤设圣 荐对信鸯z ) 骰耋鞠获，羧索謇稳美满数秘受蜂氆，其新对癍的辩阋裁楚渡越对闻。 蓑韵鱼鞠关溺蘩淼毽分罄亍如下；翻聚上、下游徽液疆慧爨经转换毫爨褥戮瓣蕊号 分别为x o ) 和y ( f ) ，假设流体流动符台“凝固”假设，则可以认为y ( f ) 是x ( f ) 的延时， 酃有 ，每) = 羔静一) ( 2 3 2 2 ) 乍差动爆鸯： # ( o - - y ( t ) 一x ( t ) - - x 蠢一气) 一并p ) ( 2 。3 。2 3 ) 为流体经过两个传感器的渡越时间。对z o ) 做自相关有： 是f ) = 憋毒k 和+ z m 熙专抄o ) 一x e 渺( r + r ) 一趣+ r 凇 ；熙睾触+ f ) 一坶+ r ) 一潮婚+ 彳) + | y 每+ 节融 ( 2 点2 4 ) = 如( r ) 一p ) 一如p ) + r ，( r ) 一建) + 鬟，) 蕊一) 一鬈母一r o ) 霹冤，暑国静爨穗荧添数壶鞠部分缓藏，足) 释墨) 分裂为痿号两帮y 垂) 弱 皂相关函数，如果信号为符合平稳遍历性的随机信号，根据随机理论其自相芙溺数应 该为；串蚤偿号，鞲 蕊= 袁，翰* 砖) 法3 。2 5 ) 薅岛) 秽( f ) 分别为驭点搬到f = 和f = 一氏的融相关溺数。搬这四者相加时，可 以羲照，冀波形除在f 。o 矬有一藏蜂馕鲣，在f = r o a r = 一娃威该分剐蠢受峰值。 由于时间在负值聪没有实际意义，因此实际处理时只蒙取坐标轴的右半部分，找到负 逵篷爨辩藏鹃薅润裁珂叛骥定流传豹渡越对溺，扶褥餐裂流速。 微波健感器c 及绩号处理魄鼹测试定流俸麴裰浓度。这榉，根据流速与糨浓度 算出流赞。 颈士论文 基于d s p 靛微波相差流量涮麓系统设计 2 。3 2 。2 差动自糖关溅量方法的技术特点 由于麓动自相关方法和互相关方法是基于同样的原理，因此差动自相关的测量方 法具有互相关测量方法的优点。但怒由于系统构成的差异，他又具有自身的特点： t + 畿够挺离测耋豹分辨率。奁被动式豹簧慧嚣孛，绩感嚣本赛夔翅始壤穰太， 而信号引起的变化量小。这个初始值的存在使电路的放大倍数受到很大的暇制，从而 影响钡4 蠡的分辨率。藏潮自相关的方法使两个传感器互为参照，从原理上抵消了初始 毽豹影响，捷输出信号必与扰动璧簿关系，嚣显不会增加电路的复杂性。 2 躐少了对系统慰稳往靛要求。由图2 3 。1 可觅，豫了第一缀豹转抉魄黯两个 测量通道独立以外，其它的信号预娥理和a d 转换部分均共用个电路。这样只要 保证传感器和传感电路的对称性，而对后面复杂的处理电路则没有要求，其技术难度 大为减夺。 3 掇商了整个系统的性价比。由于完全共用了后端的预处理电路，孰硬件上来 讲几乎减少了一半的电路，成本和笈杂性都大大降低。 4 露极好的抗共模干扰的能力。基于差动滕理的系统本赛就膏很好的抗共模干 撬豹毙力，强踅滠覆、搬动等透素产囊静慕模卡魏辩差动垂稷关灏鲎系统a 乎不产生 影响。 综上所述，差动自相关的测量方法在理论上辩全成立，从特点分析可见，它可以 攫好的翳次互襁关在蜜瘸孛获遇爨戆阚蘧。 2 4 流体理论模型及系统仿真 2 。4 1“凝固”模型 “凝固”模型首先跫由t a y l o r 谯研究单相流体的湍流现象时所提出来的。该模型 谈惫，程浚体滚动孛，漉俸熬“漩爨”绫稳，不论荚太小露麓转频率褰撼麴褒，宅爨 都以同样的轴向速度从上游传递到下游。因此，獭个观铡者以和流体轴向速度相同 的速度沿轴线方向移动时，他所看到的流体内部的湍流图型都怒相同的，这就好像“漩 漏”被“凝露”起来，势由上游传i 羲到下游去。 运翔“凝固”穰溅，霹浚建立怒一耱篱单豹榻关滚量溺惫系统豹数学旗鍪。强 2 4 1 是飘相关流量测最信号模型 3 3 l 。 因为上、下游传感器检测到的流动噪声信号，是被测流体内部存在的随机噪声， 它对传感器发蓑季出来豹憝量素或麓爨场产生睫壤落靠终鬟。投援“凝固”模整，难上 游传感嚣处引起的随机信号j ，( ，的调制机理，经过一定时间盾，定会重复地出现在 颈i = 论文基于d s p 靛辙波相关流量测燕装统设计 下游传感器处，并引起个和最矗) 究全相似的变化情况，是一个在时闼上游履的 随机信号s 。， c o 即为流动噪声从上游传感器移幼到下游传感器的渡越时闯。 圈2 4 1 相关流量测量信号模型 在这耱情况下，图2 。4 。1 中嶷线魇围戏的接号系统就可视为一个线性 时变系 统，它的单位脉冲晌艨蕊数为砸) ，丽虽可以表豕为一个简单酌时延赫冲，邳 矗( f ) = j o 一) ( 2 4 1 ) 屯每) = 文搴一气) ( 2 。4 2 ) 根掇囱相关函数的性质，震p ) 为偶函数，也的卷积作用不会影响( f ) 的峰值 瘗豹经鬟，毽捷霆。) 浆峰蓬嚣交缮宽溺乎壅，觚程鸯霾大辕关法 鑫诗露延熬隧橇误差。 若两个传感器的性能完全相同，即红( 0 - - 如o ) ，则有 墨。) = 毽；( f ) 是每) 。震。8 一) ( 2 。4 。3 ) 式( 2 。4 3 ) 表明，当黼个传感器的性能相同时，0 ) 相当子x 和) 的自相关溺数胄。( ) 在时闻轴t 平移了靠，这就是说，如果被测流体符合“凝固”流动模型，则上、下游 流动噪声信号趣) 和撕) 的互相关函数母) 在f m f 0 处具有最大值 如果传感器所检测到的随机调制信号，是来自管道横截灏上全部流体质点的贡 蘸，那么，式2 。4 3 ) 孛鹣辩延鬟藏等予救溺滤薅麸截瑟a 滚凄嚣鼗嚣b 茨平鹭 2 1 硕士论文 耩予d s p 的微波楣燕流羹测量累统设计 传递时间。 避鬻，“凝弱”模型在实琢流动系统中楚不辩黪完全满足瀚。在鞠荧流擞浏整系 统中，如粜上、下游传感器之润憋距离是够小，当被测流体从上淤传感瓣所处的截蕊 流韵剿下游侮感赣耩处酾藏露辩，滚体流确模鏊静燮穗籀瓣来说是磁较小懿，这襻露 以远戳的认为该系统满愚“凝瓣”流动模銎。 必须措出的魁，若涮跷传憋器的趣礴鸣矗) ，即传感器不题配，则会使题，酋) 的 强甏变缮乎缝和宽溺，从繇热大溺璧鳍祭静误差，嚣整会繇教其峰餐患静霞嚣的移动， 这就是传感器的不匿配弓l 起豹系统误差，黪以在缝成相荚流量测羹系统时，选铎臻感 器瀚具体参数是爱注意这一点。 2 。4 2“凝固”模蛩条件下的系统仿真 横撂系统框鼷2 + 2 1 ，徽波姻关满爨测爨系统磁潋分戏流劫噪声僚号静产生、滤 波鲶灌彝稳关遂冀三令部分。琴蓥震s y s t e m v i e w 较终分裂瓣稳芙耜麓溪鑫程关系绫 遴行仿真，对它们的穗关波形进行分褫。 2 。4 2 + 1 互稳关流鲎溯爨系统仿囊 s y s t e m v i e w 楚一款功能强大的系统铸爽软件，它辩髓谤舆大爨黥盛用系统，程 d s p 、透信秘控锻系统藏用中构造戡复杂鹣模拟、数字、濑合釉多遮攀系统。互相关 滤黛测羹系统铸嶷国魏强2 。_ 唾2 掰示。 圈中的姆) 秘n ( t ) 为置不耩关的懑斯黧自嗓声，v ) 筑三除罄特沃憨滤波器艨褥 裁雄) ，它表示上游铸惑器捻溅到熬漉魂噤声蓿弩，雄) 经延i l 萼嚣霉鸯援上噪声撵国褥 烈烈磅，它表承下游传黪嚣检测到静流动噪声信号* x 帮y ( t ) 经卡除罄特淡愚滤波 嚣滤波处蠼后嚣w 捧采样嗣氯相关运算。 魏莱设定傍爽条黪： 采样频帮：2 k h z 延迟时间： r o o 1 s 系绕傍寞褥鞠豹露裙关滋数j 蠢) 渡澎鲡黧2 4 3 凝承。 硕士论文基于d s p 静辙波相美流量涮羹系统设计 图2 4 2 互相关流薰测量系统仿冀框图 塑2 。4 。3 互裰关嚣羧逢，囊) 液澎鞠 2 4 2 2 差动自相关流量测擞系统仿真 差动翥相关系统仿真图如图2 4 4 所示。其缀成与互相关测试系统耦戗，只是多 了一个麓幼运算，省略了一路信号的预处理模块。 仿冀祭停与要攘荚测试系统袒阉，褥到差动爨捐关函数毪( f ) 的波形如圈2 。4 5 所示。 碳： 论文纂子d s p 的微波相关流量羽j 量蒜统设计 图2 4 4 差动自相关流量测量系统仿真框图 图2 。4 5 差动自相荧函数墨( f ) 波形图 2 4 2 3 仿真结果分析 1 。扶囊波形謦霹戳看密，峰傻熹襞鼹应豹延迟舞裁与鬏建设定夔辩阕一致， “凝固”模测的互相关流量测量系统怒可行的； 豌士论文基于d s p 豹擞渡相关流量测鼙系缝设计 2 + 捩墨每波形餮赣看崮，它与“擞渡蓑动窦稷关滚爨溯爨系统”一节中所推 导戆缝论致，稷豢莲懿拳透露溺辅上豹受蜂德求毽渡越辩阉，嚣_ l 邋，蓑凌叁榻关漉 量测量系统瑷论上也是可行的； 3 。蓑动囊耪关涵数瓣受蜂蕊稷发不大，强建遴懿润设建谴大予8 。2 s ( 蘩绞采