Ako -kontaktný nástroj,ultrazvukové prietokomerymajú široké uplatnenie v mnohých priemyselných oblastiach. Existuje mnoho metód merania pre ultrazvukové prietokomery. Táto kapitola predstavuje aplikáciu metódy krížovej{2}}korelácie v ultrazvukových prietokomeroch a tiež študuje a simuluje metódu vzájomnej-korelácie. Aby sa vyriešila presnosť merania princípu ultrazvukového prietokomeru pdf, keďže tradičná metóda fázového rozdielu je ľahko ovplyvnená rušením signálu šumu, čím sa ovplyvňuje presnosť merania, navrhuje sa použiť metódu fázového rozdielu ako základnú metódu merania a pridať princíp korelácie, interpolačný algoritmus a algoritmus spriemerovania, aby sa zlepšila jej schopnosť proti-rušeniu princípu ultrazvukového prietokomeru a ďalej sa zlepšila presnosť merania princípu ultrazvukového prietoku.
Metóda-krížovej korelácie
Metóda merania rýchlosti prúdenia pomocou ultrazvukových krížových{0}korelačných prietokomerov je založená na princípe odrazu ultrazvuku: pomocou dvoch po sebe idúcich impulzov sa určuje pohyb častíc analýzou oneskorenia medzi spätne rozptýlenými signálmi generovanými v rámci definovaného objemu. Tento objem sa považuje za objem valca-kužeľa a jeho charakteristiky sú v korelácii s charakteristikami snímača.
Počas prevádzky
Snímač prietokomeru vysiela ultrazvukové impulzy pod pevným uhlom na skenovanie reflexných materiálov (mikročastice, minerály alebo bubliny) v dažďovej vode a odpadovej vode, pričom výsledné ozveny ukladá ako obrázky alebo vzory ozveny. Po niekoľkých milisekundách sa vykoná druhé skenovanie a uloží sa aj výsledný echo obrázok alebo vzor. Pretože sa reflexné materiály pohybujú synchrónne s dažďovou vodou a médiom odpadovej vody, polohu reflexných materiálov možno identifikovať porovnaním vzťahu medzi dvoma podobnými obrazmi alebo vzormi, čím sa zistí a vypočíta rýchlosť prúdenia.
Ak vezmeme do úvahy uhol lúča a frekvenciu opakovania impulzov ultrazvuku, rýchlosť až 16 vrstiev drobných častíc v tekutine možno priamo merať prostredníctvom priestorovej distribúcie, a tak priamo vypočítať prierezovú rýchlosť prúdenia s vysokou -precíznou rúrkou-: keď je rýchlosť prúdenia<1m/s, the measurement inaccuracy is ±0.5% + 5mm/s of the measured value; when the flow velocity is >1m/s, nepresnosť merania je ±1% z nameranej hodnoty. To je tiež kľúčový dôvod, prečo je presnosť merania prietokomeru s krížovou -koreláciou lepšia ako presnosť merania prietokomeru Doppler. Princíp merania je znázornený na obrázku.
Aplikácia metódy krížovej{0}}korelácie v metóde fázového rozdielu
Obrázok ukazuje časový rozdiel medzi šírením po prúde a proti prúdu v kvapaline, ktorý možno merať pomocou metódy fázového rozdielu.
Fyzikálna veličina meraná metódou fázového rozdielu je fázový rozdiel medzi dvoma sadami signálov. Keď sa vyšle kontinuálny ultrazvukový impulz alebo impulz s dlhou periódou, medzi signálmi z dvoch sád ultrazvukových prijímacích sond sa vytvorí fázový rozdiel a tento fázový rozdiel odráža veľkosť rýchlosti prúdenia tekutiny.
Aplikácia metódy krížovej{0}}korelácie v metóde fázového rozdielu sa odráža najmä v týchto aspektoch:
Zarovnanie a synchronizácia signálu
Pri meraní fázového rozdielu môžu mať dva signály časové alebo priestorové posuny. Metóda krížovej{1}}korelácie vypočítava podobnosť dvoch signálov s rôznymi časovými oneskoreniami, pričom nájde hodnotu oneskorenia, ktorá maximalizuje koreláciu, a tak určí relatívny posun medzi signálmi. Napríklad v ultrazvukových prietokomeroch sa časový rozdiel medzi ultrazvukovými signálmi pred a po prúde zistí pomocou krížovej{3}}korelácie a potom sa odvodí fázový rozdiel.
Potlačenie hluku a vylepšenie robustnosti
Signály skutočného{0}}sveta sú často ovplyvnené rušením šumu a metóda vzájomnej{1} korelácie je odolná voči šumu. Výpočtom korelácie medzi dvoma signálmi sa počas procesu korelácie čiastočne vyrušia zložky šumu, pričom sa zachovajú užitočné informácie (ako napríklad fázový vzťah). Napríklad pri testovaní fázového šumu môže metóda krížovej{4}}korelácie eliminovať šum spôsobený meracím systémom a zvýrazniť charakteristiky fázového šumu meraného signálu.
Odhad fázového rozdielu
Poloha vrcholu funkcie krížovej{0}}korelácie zodpovedá fázovému rozdielu medzi signálmi. Pre signály s rovnakou frekvenciou, ale rôznymi fázami, môže metóda krížovej{2}}korelácie previesť časové oneskorenie na fázový rozdiel nájdením oneskorenia zodpovedajúceho vrcholu. Napríklad v bezdrôtových komunikačných alebo radarových systémoch možno meranie fázového rozdielu signálov pomocou krížovej{4}korelácie použiť na aplikácie, ako je určovanie polohy, určovanie vzdialenosti alebo synchronizácia.
Viackanálové spracovanie signálu
Vo viackanálových meracích systémoch možno na analýzu fázového vzťahu medzi signálmi z rôznych kanálov použiť{0}}krížovú koreláciu. Napríklad v analyzátore fázového šumu je meraný signál rozdelený do viacerých kanálov na spracovanie krížovej{2}}korelácie, čo môže zlepšiť presnosť a citlivosť merania a zároveň eliminovať rozdiely v šume medzi kanálmi.
