Jako instrument bezdotykowy,przepływomierze ultradźwiękowemają szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Istnieje wiele metod pomiaru przepływomierzy ultradźwiękowych. W tym rozdziale przedstawiono zastosowanie metody korelacji krzyżowej-w przepływomierzach ultradźwiękowych, a także badano i symulowano metodę korelacji krzyżowej-. Aby rozwiązać problem dokładności pomiaru przepływomierza ultradźwiękowego pdf, ponieważ na tradycyjną metodę różnicy faz łatwo wpływają zakłócenia sygnału szumu, co wpływa na dokładność pomiaru, proponuje się użycie metody różnicy faz jako podstawowej metody pomiaru oraz dodanie zasady korelacji, algorytmu interpolacji i algorytmu uśredniania w celu zwiększenia jej zdolności przeciwzakłóceniowej-i dalszej poprawy dokładności pomiaru przepływomierza ultradźwiękowego pdf.
Metoda korelacji krzyżowej
Metoda pomiaru prędkości przepływu za pomocą ultradźwiękowych przepływomierzy-z korelacją krzyżową opiera się na zasadzie odbicia ultradźwiękowego: za pomocą dwóch kolejnych impulsów określa się ruch cząstek poprzez analizę opóźnienia pomiędzy sygnałami rozproszonymi wstecznie generowanymi w określonej objętości. Objętość ta jest uważana za objętość stożka-, a jej charakterystyka jest skorelowana z charakterystyką czujnika.
Podczas pracy
Czujnik przepływomierza emituje impulsy ultradźwiękowe pod stałym kątem w celu skanowania materiałów odblaskowych (mikrocząstek, minerałów lub pęcherzyków) w wodzie deszczowej i ściekach, zapisując powstałe echa w postaci obrazów lub wzorów echa. Po kilku milisekundach przeprowadzane jest drugie skanowanie i zapisywany jest również wynikowy obraz lub wzór echa. Ponieważ materiały odblaskowe poruszają się synchronicznie z wodą deszczową i ściekami, położenie materiałów odblaskowych można zidentyfikować poprzez porównanie relacji między dwoma podobnymi obrazami lub wzorami, wykrywając i obliczając w ten sposób prędkość przepływu.
Biorąc pod uwagę kąt wiązki i częstotliwość powtarzania impulsów ultradźwięków, prędkość do 16 warstw drobnych cząstek w płynie można bezpośrednio zmierzyć poprzez rozkład przestrzenny, bezpośrednio obliczając w ten sposób bardzo-precyzyjną-przekrój poprzeczny rury, prędkość przepływu: gdy prędkość przepływu wynosi<1m/s, the measurement inaccuracy is ±0.5% + 5mm/s of the measured value; when the flow velocity is >1m/s, niedokładność pomiaru wynosi ±1% wartości mierzonej. Jest to również kluczowy powód, dla którego dokładność pomiaru przepływomierza z korelacją krzyżową- jest lepsza niż przepływomierza Dopplera. Zasada pomiaru jest pokazana na rysunku.
Zastosowanie metody korelacji krzyżowej-w metodzie różnicy faz
Rysunek przedstawia różnicę czasu pomiędzy propagacją w kierunku przeciwnym i górnym w płynie, którą można zmierzyć za pomocą metody różnicy faz.
Wielkość fizyczna mierzona metodą różnicy faz to różnica faz między dwoma zestawami sygnałów. Kiedy emitowany jest ciągły impuls ultradźwiękowy lub impuls o długim czasie trwania, pomiędzy sygnałami z dwóch zestawów ultradźwiękowych sond odbiorczych zostanie wygenerowana różnica faz, która odzwierciedla wielkość prędkości przepływu płynu.
Zastosowanie metody korelacji krzyżowej w metodzie różnicy faz odzwierciedla się głównie w następujących aspektach:
Wyrównanie i synchronizacja sygnału
W pomiarze różnicy faz dwa sygnały mogą mieć przesunięcia czasowe lub przestrzenne. Metoda-korelacji krzyżowej oblicza podobieństwo dwóch sygnałów przy różnych opóźnieniach czasowych, znajdując wartość opóźnienia, która maksymalizuje korelację, określając w ten sposób względne przesunięcie między sygnałami. Na przykład w przepływomierzach ultradźwiękowych różnicę czasu między sygnałami ultradźwiękowymi przed i za sygnałem ultradźwiękowym wyznacza się za pomocą korelacji krzyżowej, a następnie oblicza się różnicę faz.
Tłumienie hałasu i zwiększenie wytrzymałości
Na sygnały-rzeczywistego świata często wpływają zakłócenia szumu, a metoda korelacji krzyżowej-jest odporna na szum. Obliczając korelację między dwoma sygnałami, składowe szumu są częściowo eliminowane podczas procesu korelacji, zachowując jednocześnie przydatne informacje (takie jak zależność fazowa). Na przykład podczas badania szumu fazowego metoda-korelacji krzyżowej może wyeliminować szum wprowadzany przez system pomiarowy, podkreślając charakterystykę szumu fazowego mierzonego sygnału.
Oszacowanie różnicy faz
Pozycja szczytowa funkcji korelacji krzyżowej-odpowiada różnicy fazowej między sygnałami. W przypadku sygnałów o tej samej częstotliwości, ale różnych fazach, metoda korelacji krzyżowej może przekształcić opóźnienie czasowe w różnicę faz, znajdując opóźnienie odpowiadające wartości szczytowej. Na przykład w systemach komunikacji bezprzewodowej lub radarach pomiar różnicy faz sygnałów przy użyciu korelacji krzyżowej{4} może być stosowany do takich zastosowań, jak pozycjonowanie, określanie odległości i synchronizacja.
Wielokanałowe przetwarzanie sygnału
W wielokanałowych systemach pomiarowych korelację krzyżową- można wykorzystać do analizy zależności fazowej między sygnałami z różnych kanałów. Na przykład w analizatorze szumu fazowego zmierzony sygnał jest dzielony na wiele kanałów w celu przetwarzania-korelacji krzyżowej, co może poprawić dokładność i czułość pomiaru, jednocześnie eliminując różnice w szumie między kanałami.
