Metoda křížové{0}}korelace pro technologii ultrazvukového měření průtoku

Jako -kontaktní nástrojultrazvukové průtokoměrymají širokou škálu aplikací v mnoha průmyslových oblastech. Existuje mnoho měřicích metod pro ultrazvukové průtokoměry. Tato kapitola představuje aplikaci metody vzájemné-korelace v ultrazvukových průtokoměrech a také studuje a simuluje metodu vzájemné-korelace. Aby se vyřešila přesnost měření principu ultrazvukového průtokoměru pdf, protože tradiční metoda fázového rozdílu je snadno ovlivněna rušením šumového signálu, a tím ovlivňuje přesnost měření, je navrženo použít metodu fázového rozdílu jako základní metodu měření a přidat korelační princip, interpolační algoritmus a algoritmus průměrování, aby se zlepšila jeho anti-schopnost rušení principu ultrazvukového průtokoměru a dále zlepšila přesnost měření průtoku.

Metoda měření rychlosti proudění pomocí ultrazvukových cross{0}}korelačních průtokoměrů je založena na principu odrazu ultrazvuku: pomocí dvou po sobě jdoucích pulzů je určován pohyb částic analýzou zpoždění mezi zpětně odraženými signály generovanými v rámci definovaného objemu. Tento objem je považován za objem válce -kužele a jeho charakteristiky korelují s charakteristikami senzoru.

Snímač průtokoměru vysílá ultrazvukové pulsy pod pevným úhlem pro skenování reflexních materiálů (mikročástice, minerály nebo bubliny) v dešťové vodě a odpadní vodě, přičemž výsledné ozvěny ukládá jako obrazy nebo vzory ozvěny. Po několika milisekundách se provede druhé skenování a výsledný echo obraz nebo vzor se také uloží. Protože se reflexní materiály pohybují synchronně s dešťovou vodou a médiem odpadní vody, lze polohu reflexních materiálů identifikovat porovnáním vztahu mezi dvěma podobnými obrazy nebo vzory, a tím detekovat a vypočítat rychlost proudění.

S ohledem na úhel paprsku a rychlost opakování pulsů ultrazvuku lze přímo měřit rychlost až 16 vrstev nepatrných částic v tekutině prostřednictvím prostorové distribuce, a tak přímo vypočítat vysoce -přesnou průřezovou- rychlost proudění potrubí: když je rychlost proudění<1m/s, the measurement inaccuracy is ±0.5% + 5mm/s of the measured value; when the flow velocity is >1m/s, nepřesnost měření je ±1% z naměřené hodnoty. To je také hlavní důvod, proč je přesnost měření křížového-korelačního průtokoměru lepší než u Dopplerova průtokoměru. Princip měření je znázorněn na obrázku.

Obrázek ukazuje časový rozdíl mezi šířením po proudu a proti proudu v tekutině, který lze měřit pomocí metody fázového rozdílu.

Fyzikální veličina měřená metodou fázového rozdílu je fázový rozdíl mezi dvěma sadami signálů. Když je emitován kontinuální ultrazvukový puls nebo puls s dlouhou periodou, bude generován fázový rozdíl mezi signály ze dvou sad ultrazvukových přijímacích sond a tento fázový rozdíl odráží velikost rychlosti proudění tekutiny.

Použití metody křížové{0}}korelace v metodě fázového rozdílu se odráží zejména v následujících aspektech:

Při měření fázového rozdílu mohou mít dva signály časové nebo prostorové posuny. Metoda křížové{1}}korelace vypočítá podobnost dvou signálů s různými časovými zpožděními, najde hodnotu zpoždění, která maximalizuje korelaci, a tím určí relativní posun mezi signály. Například v ultrazvukových průtokoměrech se časový rozdíl mezi ultrazvukovými signály proti proudu a po proudu zjišťuje pomocí vzájemné-korelace a poté se odvodí fázový rozdíl.

Signály skutečného světa jsou často ovlivněny šumem a metoda vzájemné{1} korelace je odolná vůči šumu. Výpočtem korelace mezi dvěma signály se během procesu korelace částečně vyruší složky šumu, přičemž se zachovají užitečné informace (jako je vztah fází). Například při testování fázového šumu může metoda křížové{4}}korelace eliminovat šum zaváděný měřicím systémem a zvýraznit charakteristiky fázového šumu měřeného signálu.

info-500-521

Poloha píku funkce křížové{0}}korelace odpovídá fázovému rozdílu mezi signály. U signálů se stejnou frekvencí, ale různými fázemi, může metoda křížové{2}}korelace převést časové zpoždění na fázový rozdíl nalezením zpoždění odpovídajícího vrcholu. Například v bezdrátových komunikačních nebo radarových systémech lze měření fázového rozdílu signálů pomocí křížové{4}}korelace použít pro aplikace, jako je určování polohy, určování vzdálenosti nebo synchronizace.

Ve vícekanálových měřicích systémech lze křížovou{0}}korelaci použít k analýze fázového vztahu mezi signály z různých kanálů. Například v analyzátoru fázového šumu je měřený signál rozdělen do více kanálů pro zpracování křížové{2}}korelace, což může zlepšit přesnost a citlivost měření a zároveň eliminovat rozdíly v šumu mezi kanály.