Risti{0}}korrelaatiomenetelmä ultraäänivirtausmittaustekniikalle

Kosketusvälineenä-ultraäänivirtausmittaritniillä on laaja valikoima sovelluksia monilla teollisuuden aloilla. Ultraäänivirtausmittareiden mittausmenetelmiä on monia. Tässä luvussa esitellään risti-korrelaatiomenetelmän soveltaminen ultraäänivirtausmittareihin sekä tutkitaan ja simuloidaan risti-korrelaatiomenetelmää. Ultraäänivirtausmittarin periaatteen pdf mittaustarkkuuden ratkaisemiseksi, koska perinteiseen vaihe-eromenetelmään vaikuttaa helposti kohinasignaalin häiriö, mikä vaikuttaa mittaustarkkuuteen, ehdotetaan käytettäväksi vaihe-eromenetelmää perusmittausmenetelmänä ja lisätään korrelaatioperiaate, interpolointialgoritmi ja ultraäänilaskenta-algoritmi tehostaaksesi sen virtausmittarin häiriön vastaisuutta ja parantaa entisestään virtausmittarin häiriönvastaisuutta. pdf.

 

Menetelmä virtausnopeuden mittaamiseksi ultraääni-korrelaatiovirtausmittareilla perustuu ultraääniheijastuksen periaatteeseen: käyttämällä kahta peräkkäistä pulssia, hiukkasten liike määritetään analysoimalla tietyssä tilavuudessa syntyneiden takaisinsironneiden signaalien välinen viive. Tätä tilavuutta pidetään sylinteri-kartion tilavuutena, ja sen ominaisuudet korreloivat anturin ominaisuuksien kanssa.

Käytön aikana

Virtausmittarin anturi lähettää ultraäänipulsseja kiinteässä kulmassa skannatakseen heijastavia materiaaleja (mikrohiukkasia, mineraaleja tai kuplia) sadevedessä ja jätevedessä, jolloin syntyneet kaiut tallennetaan kuvina tai kaikukuvioina. Muutaman millisekunnin kuluttua suoritetaan toinen skannaus, ja tuloksena oleva kaikukuva tai -kuvio myös tallennetaan. Koska heijastavat materiaalit liikkuvat synkronisesti sadeveden ja jäteveden väliaineen kanssa, heijastavien materiaalien sijainti voidaan tunnistaa vertaamalla kahden samanlaisen kuvan tai kuvion välistä suhdetta, mikä havaitsee ja laskee virtausnopeuden.

Kun otetaan huomioon ultraäänen säteen kulma ja pulssin toistonopeus, jopa 16:n pienikerroksisen hiukkaskerroksen nopeus nesteessä voidaan mitata suoraan tilajakauman avulla, mikä laskee suoraan korkean-tarkkuusputken poikki-leikkauksen virtausnopeuden: kun virtausnopeus on<1m/s, the measurement inaccuracy is ±0.5% + 5mm/s of the measured value; when the flow velocity is >1m/s, mittauksen epätarkkuus on ±1 % mitatusta arvosta. Tämä on myös tärkein syy, miksi ristikorrelaatiovirtausmittarin mittaustarkkuus on parempi kuin Doppler-virtausmittarin. Mittausperiaate on esitetty kuvassa.

 

Kuvassa näkyy aikaero alavirran ja ylävirran etenemisen välillä nesteessä, joka voidaan mitata vaihe-eromenetelmällä.

 

Vaihe-eromenetelmällä mitattu fyysinen suure on kahden signaalisarjan välinen vaihe-ero. Kun jatkuva ultraäänipulssi tai pitkäjaksoinen pulssi lähetetään, kahden ultraäänivastaanotinsarjan signaalien välille muodostuu vaihe-ero, ja tämä vaihe-ero heijastaa nesteen virtausnopeuden suuruutta.

Risti{0}}korrelaatiomenetelmän soveltaminen vaihe-eromenetelmässä näkyy pääasiassa seuraavista näkökohdista:

Signaalin kohdistus ja synkronointi

Vaihe-eron mittauksessa kahdella signaalilla voi olla ajallisia tai spatiaalisia siirtymiä. Risti-korrelaatiomenetelmä laskee kahden signaalin samankaltaisuuden eri aikaviiveillä ja löytää viivearvon, joka maksimoi korrelaation ja määrittää siten signaalien välisen suhteellisen poikkeaman. Esimerkiksi ultraäänivirtausmittareissa aikaero ylä- ja alavirran ultraäänisignaalien välillä löydetään risti-korrelaatiolla, ja sitten johdetaan vaihe-ero.

Melunvaimennus ja kestävyyden parantaminen

Kohinahäiriöt vaikuttavat usein todellisiin{0}}signaaleihin, ja ristikorrelaatiomenetelmä{1}} kestää kohinaa. Kahden signaalin välistä korrelaatiota laskemalla kohinakomponentit kumoutuvat osittain korrelaatioprosessin aikana, samalla kun hyödyllinen informaatio (kuten vaihesuhde) säilyy. Esimerkiksi vaihekohinatestauksessa risti-korrelaatiomenetelmä voi eliminoida mittausjärjestelmän tuottaman kohinan ja korostaa mitatun signaalin vaihekohinaominaisuuksia.

Vaiheeron arvio

Risti{0}}korrelaatiofunktion huippusijainti vastaa signaalien välistä vaihe-eroa. Signaaleille, joilla on sama taajuus mutta eri vaiheet, risti-korrelaatiomenetelmä voi muuntaa aikaviiveen vaihe-eroksi etsimällä huippua vastaavan viiveen. Esimerkiksi langattomassa viestintä- tai tutkajärjestelmissä signaalien vaihe-eron mittaamista risti-korrelaatiolla voidaan käyttää sovelluksissa, kuten paikannuksessa, etäisyyden määrittämisessä tai synkronoinnissa.

Monikanavainen signaalinkäsittely

Monikanavaisissa mittausjärjestelmissä risti{0}}korrelaatiota voidaan käyttää analysoimaan eri kanavien signaalien välistä vaihesuhdetta. Esimerkiksi vaihekohinaanalysaattorissa mitattu signaali jaetaan useisiin kanaviin risti-korrelaatiokäsittelyä varten, mikä voi parantaa mittauksen tarkkuutta ja herkkyyttä samalla kun eliminoi kohinaeroja kanavien välillä.