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基于K-SVD字典学习的超声流量计回波信号处理方法研究
1
作者 潘宁致 李跃忠 陈佳怡 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第1期195-202,共8页
针对时差法气体超声流量计回波信号易受电路噪声、声学噪声以及环境噪声等外界不可避免的影响,导致回波信号的起点段信号扭曲、信噪比低,而难以精确确定回波信号到达时间点的问题,提出基于K-SVD字典学习降噪的回波信号到达时间点的精确... 针对时差法气体超声流量计回波信号易受电路噪声、声学噪声以及环境噪声等外界不可避免的影响,导致回波信号的起点段信号扭曲、信噪比低,而难以精确确定回波信号到达时间点的问题,提出基于K-SVD字典学习降噪的回波信号到达时间点的精确定位方法,从而提高超声流量计的检测准确度。通过OMP算法将提取到的多组回波信号数据构造成的矩阵进行稀疏表示,再使用SVD完成字典的迭代更新,并通过控制变量法对字典大小和稀疏度两个参数进行优化,训练得到能够自适应提取回波信号特征的最佳字典学习模型,形成完备字典,从而重构回波信号,达到消除信号起始时间段因噪声干扰而导致波形扭曲的目的。在临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置上进行的标定实验结果表明,未处理的回波信号直接使用阈值法定位到达时间点后计算得到的最终流量误差较大,而使用基于K-SVD字典学习降噪处理回波信号后能有效提高定位到达时间点的准确度,从而得到更加准确的流量信息,其中流量的高区示值误差由1.32%降至1.02%,重复度由0.154%降至0.054%;流量的低区示值误差由3.69%降至1.46%,重复度由1.152%降至0.126%,优化后的测量结果达到国家1.0级精度指标要求。 展开更多
关键词 时差法气体超声流量计 回波信号 字典学习 降噪 到达时间点定位
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基于峰值比拟合匹配的时差式气体超声波流量计 被引量:1
2
作者 李斌 李鹏飞 陈洁 《自动化与仪表》 2024年第7期115-118,122,共5页
时差式气体超声波流量计的回波信号在气体中传播时能量衰减严重,且存在着不同程度的幅值晃动问题。因此如何在幅值晃动的气体回波信号中确定特征点,以准确测量回波信号渡越时间及其顺、逆流渡越时间差,是当前时差式气体超声波流量计信... 时差式气体超声波流量计的回波信号在气体中传播时能量衰减严重,且存在着不同程度的幅值晃动问题。因此如何在幅值晃动的气体回波信号中确定特征点,以准确测量回波信号渡越时间及其顺、逆流渡越时间差,是当前时差式气体超声波流量计信号处理方法的主要研究热点。该文基于超声回波信号的数学模型,研究构建了一种基于峰值比拟合匹配的信号处理方法,利用拟合指标来筛选符合匹配条件的波形。并且通过实际数据验证了该方法的有效性和优越性。 展开更多
关键词 时差气体超声流量计 峰值比 特征点提取
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采用曲面拟合算法的超声波流量计研究
3
作者 张兴红 李三 侯翔宇 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第1期31-35,共5页
为提高超声波流量计的精度,在传统时差法流量测量理论的基础上,提出并实现了一种基于时差法和温度补偿算法的高精度超声波液体流量计。流量计以ARM为内核的STM32F103主控芯片为控制计算中心,并且采用高精度低功耗时间数字转换器计时芯片... 为提高超声波流量计的精度,在传统时差法流量测量理论的基础上,提出并实现了一种基于时差法和温度补偿算法的高精度超声波液体流量计。流量计以ARM为内核的STM32F103主控芯片为控制计算中心,并且采用高精度低功耗时间数字转换器计时芯片TDC-GP22进行超声波传输时间的测量。并在传统的查表法温度补偿的基础上,提出了基于流速分段补偿的最小二乘曲面拟合算法,该算法基于温度和流速的关系拟合得到曲面模型,对瞬时流量进行补偿。实验结果表明,与查表法相比,在小流量区最小二乘曲面拟合算法的测量精度更高,其误差小于±2%,温度补偿效果更稳定。 展开更多
关键词 超声流量计 时差 TDC-GP22 最小二乘曲面拟合
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时差法超声波流量计在大型渠道水文测量中的应用 被引量:1
4
作者 牛萌萌 杨昊 《浙江水利水电学院学报》 2024年第2期63-66,共4页
时差法超声波流量计因具有多功能性、精度高、简单易用、非侵入式安装等优点,在水文测量中被广泛应用。在大型渠道的水文流量监测中,时差法超声波流量计可以提供高精度的流量测量结果。针对应用实践中可能产生的波动误差,提出波动误差... 时差法超声波流量计因具有多功能性、精度高、简单易用、非侵入式安装等优点,在水文测量中被广泛应用。在大型渠道的水文流量监测中,时差法超声波流量计可以提供高精度的流量测量结果。针对应用实践中可能产生的波动误差,提出波动误差校正方法,并设计了时差法超声波流量计的应用方案,并将其与常规方法进行了比较。结果表明,时差法超声波流量计符合现行标准且效率更高,效果更好,有一定的应用和推广价值。 展开更多
关键词 水文自动化 大型渠道 流量监测 时差超声流量计
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时差法在超声波气体流量计中的应用研究 被引量:7
5
作者 王民意 钟新跃 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2013年第7期26-28,共3页
为了提高小管径煤矿瓦斯抽采管道的气体流量测量精度,基于时差法测量原理设计了超声波气体流量计,采用一对40 kHz的收发一体式超声波换能器作为发射和接收元件。以74HC00与非门设计的推挽式超声波驱动电路实现了低压驱动超声波换能器,... 为了提高小管径煤矿瓦斯抽采管道的气体流量测量精度,基于时差法测量原理设计了超声波气体流量计,采用一对40 kHz的收发一体式超声波换能器作为发射和接收元件。以74HC00与非门设计的推挽式超声波驱动电路实现了低压驱动超声波换能器,并用集成红外遥控接收芯片CX20106A和单稳态触发器4013构成了信号调理电路,实现了对固定波形的稳定检测。利用高精度的时间数字转换芯片TDC-GP21作为计时芯片,实现了极低风速的测量。实验测试表明:设计的硬件电路具有良好的性能,测量风速分辨力可以达到0.1 m/s,提高了气体流量的测量精度。 展开更多
关键词 时差测量 超声气体流量计 硬件电路
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一种时差法超声流量计的设计
6
作者 曾彬洋 《电子制作》 2024年第1期18-22,共5页
研究使用超声波技术实现流量的测量,该技术具有非侵入性、精准度高的优点。设计中采用了AT89系列单片机作为控制核心,利用其定时器和IO口的特点实现了时间测量和信号处理。通过接收超声波传感器发送的脉冲信号,并利用计数器功能计算流... 研究使用超声波技术实现流量的测量,该技术具有非侵入性、精准度高的优点。设计中采用了AT89系列单片机作为控制核心,利用其定时器和IO口的特点实现了时间测量和信号处理。通过接收超声波传感器发送的脉冲信号,并利用计数器功能计算流过物体的时间和距离,从而得到流量值。选择了高灵敏度的超声波传感器,并设计了放大电路和滤波电路,以确保接收到的信号稳定和准确。通过单片机的计算,对传感器接收到的信号进行实时处理,并输出流量计算结果。通过测量验证,该电缆设计具有较高的测量精度和稳定性。 展开更多
关键词 时差 超声 气体流量计 多声道
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超声波流量计的阻抗匹配设计
7
作者 扶艺辉 刘瑜 +1 位作者 肖汉林 王明杰 《电子科技》 2025年第3期68-74,共7页
为提高超声波流量计测量精度,需要对激励信号源和超声波压电换能器之间进行阻抗匹配,但现有超声波压电换能器的阻抗匹配装置依赖进口,存在操作复杂、灵活性不佳等缺点。为降低制造和维护成本并提升操作的方便性,文中设计了串联电感、并... 为提高超声波流量计测量精度,需要对激励信号源和超声波压电换能器之间进行阻抗匹配,但现有超声波压电换能器的阻抗匹配装置依赖进口,存在操作复杂、灵活性不佳等缺点。为降低制造和维护成本并提升操作的方便性,文中设计了串联电感、并联电感两种阻抗匹配电路。文中设计模拟开关电路实现超声波信号的收发控制,信号放大电路负责放大超声波信号,单片机实现模拟开关电路的通道切换和超声波传播时间的数据采集。仿真结果表明,串联电感阻抗匹配优化了输入信号波形,提高了超声波压电换能器的驱动效率。实验结果表明,串联电感阻抗匹配后,单片机测量的超声波传播时间数据提前了50μs,提高了超声波传播时间数据的准确性。但是激励信号源内阻较小,因此并联电感阻抗匹配效果不佳。 展开更多
关键词 气体流量计 超声时差 超声波压电换能器 阻抗匹配 等效电路 谐振频率 测量精度 信号分析
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基于DSP的时差法气体超声波流量计的设计 被引量:9
8
作者 李志军 赵刚 +1 位作者 赵连环 王庆山 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2014年第3期17-19,共3页
针对当前气体超声波流量计中存在的设计复杂和测量精度低的现状,以DSP作为核心控制芯片,采用时差法为测量方法,利用小波变换对信号进行处理,给出了详细的硬件和软件设计方案,并且对小波降噪算法进行了仿真。仿真结果和试验验证表明,该... 针对当前气体超声波流量计中存在的设计复杂和测量精度低的现状,以DSP作为核心控制芯片,采用时差法为测量方法,利用小波变换对信号进行处理,给出了详细的硬件和软件设计方案,并且对小波降噪算法进行了仿真。仿真结果和试验验证表明,该设计能较大程度地简化系统的设计,同时提高了系统的运算速度和测量精度。 展开更多
关键词 时差 气体超声流量计 小波降噪
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基于高精度时差法的气体超声流量计研究 被引量:2
9
作者 潘旭东 赵伟国 +3 位作者 章圣意 林新霞 林恒 马也驰 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期490-496,共7页
针对气体超声流量计在测量中存在回波信号衰减大、波形易受工况影响的问题,提出了一种基于高精度时差的气体超声流量测量方法。该方法首先通过相似度评估回波信号,对回波信号特征点进行准确定位,进而获取飞行时间差的粗测量值,其次选取... 针对气体超声流量计在测量中存在回波信号衰减大、波形易受工况影响的问题,提出了一种基于高精度时差的气体超声流量测量方法。该方法首先通过相似度评估回波信号,对回波信号特征点进行准确定位,进而获取飞行时间差的粗测量值,其次选取特定回波波形进行互相关法计算获得时差的细测量值,最后对两次测量结果相加得到高精度时差,从而实现高精度的流量测量。不同压力下的声速测量实验表明该方法在100 kPa至500 kPa范围内可准确测量飞行时间和时差。气体流量计样机的流量测量误差小于1%,重复性优于0.2%,并在大流量下与传统阈值法相比具有更高的准确性和更优的重复性。 展开更多
关键词 气体超声流量计 回波相似度 特征点定位 互相关
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超声波气体流量计的时差法检测与数值分析 被引量:2
10
作者 徐文焯 章可易 +4 位作者 王子静 赵迎倩 王田昱 徐思哲 何维予 《物理实验》 2018年第3期43-46,共4页
使用2组超声换能器制作了基于时差法的超声波流量计,并将其应用于圆形管道中流场的测试.依据实验中所使用的圆形管道测试系统,理论上使用有限元方法构建了圆形管道中稳恒流场的流速分析模型.数值分析结果表明:实验中获取的管道内流速为... 使用2组超声换能器制作了基于时差法的超声波流量计,并将其应用于圆形管道中流场的测试.依据实验中所使用的圆形管道测试系统,理论上使用有限元方法构建了圆形管道中稳恒流场的流速分析模型.数值分析结果表明:实验中获取的管道内流速为测试位置截面处流体的平均流速,该测试值与理论值相差5.2%.考虑到实际测试环境与理想流体测试环境间的差异,实验结果与理论分析结果基本一致. 展开更多
关键词 超声测速 时差 气体流量计 声速 互相关函数
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时差法超声波流量计的研究 被引量:64
11
作者 李广峰 刘昉 高勇 《电测与仪表》 北大核心 2000年第9期13-19,共7页
研究了时差法超声波流量计的测量原理及多声路测量原理,分析了实现高精度测量的设计方法;介绍了流量计系统的硬件组成原理和实现方法,以及软件功能和软件流程设计;采用高性能的复杂可编程逻辑器件(CPLD)代替分立器件实现高精度计... 研究了时差法超声波流量计的测量原理及多声路测量原理,分析了实现高精度测量的设计方法;介绍了流量计系统的硬件组成原理和实现方法,以及软件功能和软件流程设计;采用高性能的复杂可编程逻辑器件(CPLD)代替分立器件实现高精度计时和复杂的逻辑控制,以提高系统的稳定性和可靠性;利用超声波信号的自动增益控制(AGC)和逻辑分析实现高精度测量;通过软件和硬件方法实现传播时间范围控制和可靠性检验。实验结果及精度分析表明,本文研制的超声波流量计达到了设计要求。 展开更多
关键词 超声流量计 自动增益控制 信号检测 时差
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新型时差法超声波流量计 被引量:17
12
作者 孟华 闫菲 李明伟 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2007年第8期18-19,28,共3页
结合时差法超声波流量计的基本原理,提出了一种多脉冲法的设计方案。选用了时间数字转换芯片TDC-GP2、MSP430F155单片机和ispLSI1032 CPLD等芯片,介绍了时差法超声波流量计的测量原理,阐述了测量系统的组成及软硬件设计,详细分析了ispLS... 结合时差法超声波流量计的基本原理,提出了一种多脉冲法的设计方案。选用了时间数字转换芯片TDC-GP2、MSP430F155单片机和ispLSI1032 CPLD等芯片,介绍了时差法超声波流量计的测量原理,阐述了测量系统的组成及软硬件设计,详细分析了ispLSI1032内部各组成模块和设计原理;得到了较好的实验结果,测量结果波动的峰峰值不超过2 ns,2 s内可以跟上流速变化,精度高于1%。 展开更多
关键词 超声 流量计 多脉冲时差 TDC-GP2
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超声波流量计中相关时差法的应用 被引量:7
13
作者 陆敏恂 朱列铭 周爱国 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2011年第12期105-107,共3页
介绍了一种基于互相关理论的时差法超声波流量测量算法。系统采用时差法声道布置,采集流体静止和有流速状态下的两组回波信号,通过计算相关函数的峰值得到两回波信号时间差,间接得出流量,提高了时差法渡越时间获取的精度。极性相关算法... 介绍了一种基于互相关理论的时差法超声波流量测量算法。系统采用时差法声道布置,采集流体静止和有流速状态下的两组回波信号,通过计算相关函数的峰值得到两回波信号时间差,间接得出流量,提高了时差法渡越时间获取的精度。极性相关算法的引入,大大提高了系统运算速度,提高了实时性。采用伪随机信号作为超声激励信号,克服了算法测量范围小的缺陷,更可提高系统精度。实验表明该系统测量精度高,实时性好。 展开更多
关键词 超声 流量计 相关时差 伪随机信号 极性相关算 MATLAB
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时差法超声波流量计误差分析与研究 被引量:10
14
作者 晁智强 盛锋 韩寿松 《液压与气动》 北大核心 2009年第6期64-67,共4页
在检测液压系统故障时,利用时差法超声波流量计检测流量已经得到广泛使用,该文针对超声波流量计在使用中可能出现的误差进行分析并提出修正方案,进一步提高时差法超声波流量计在液压系统故障检测中的准确应用。
关键词 时差超声流量计 流量 误差分析
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Z法气体超声波流量计湿气测量的虚高预测模型 被引量:4
15
作者 徐英 陈阳 +3 位作者 巴玺丽 尹存 张涛 石弘然 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期4031-4038,共8页
引言湿气通常是指气相为连续相,液相为离散相的气液两相流。美国机械工程师学会ASME将其界定为Lockhart-Martinelli参数(L-M参数)X〈0.3的气液两相流[1]。湿气普遍存在于自然界与工业现场中,如常规天然气田井口产出气(湿天然气)... 引言湿气通常是指气相为连续相,液相为离散相的气液两相流。美国机械工程师学会ASME将其界定为Lockhart-Martinelli参数(L-M参数)X〈0.3的气液两相流[1]。湿气普遍存在于自然界与工业现场中,如常规天然气田井口产出气(湿天然气)、煤层气、湿饱和蒸汽以及页岩气等均属湿气。随着工业生产的发展,对湿气不分离计量的要求越来越高。然而已有研究表明,湿气流量测量问题非常复杂,检测难度很大,利用传统的单相气体流量计直接测量湿气流量,会因液相的影响而产生一定的误差,甚至无法正常工作[2]。因此研究各种单相仪表在测量湿气过程中所表现出的特性是十分重要的基础性工作。 展开更多
关键词 Z 气体超声流量计 湿气测量 虚高 截面含气率
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时差法超声波流量计的几点改进 被引量:14
16
作者 刘存 黄建军 《沈阳工业大学学报》 EI CAS 2002年第2期113-115,共3页
介绍了时差法超声波流量计的测量原理和硬件构成;采用高性能的ispLSI(在系统可编程大规模芯片)代替分立器件实现了计数器功能和复杂的逻辑控制,简化了系统的设计,提高了系统的稳定性和可靠性;使用锁相环(PLL)和压控振荡器(VCO),实现了... 介绍了时差法超声波流量计的测量原理和硬件构成;采用高性能的ispLSI(在系统可编程大规模芯片)代替分立器件实现了计数器功能和复杂的逻辑控制,简化了系统的设计,提高了系统的稳定性和可靠性;使用锁相环(PLL)和压控振荡器(VCO),实现了高精度的时间测量;利用对数放大电路、延迟窗口和脉宽检测等技术,进一步提高了系统可靠性.扩大了系统的测量口经范围. 展开更多
关键词 时差超声流量计 锁相环 对数放大电路 测量原理 硬件构成
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结构参数对时差法超声波流量计性能的影响研究 被引量:5
17
作者 邝卫华 黄家强 +1 位作者 潘旭枫 陈彪彪 《机床与液压》 北大核心 2014年第1期94-96,共3页
分析时差法超声波流量计的测量原理,采用Fluent软件对水流特性进行数值模拟,分析管内流体流场分布规律;探讨不同结构参数(流体流入角度、管道长度、管道直径)对流量计性能的影响规律。模拟结果与实际相符,对流量计结构的优化设计具有一... 分析时差法超声波流量计的测量原理,采用Fluent软件对水流特性进行数值模拟,分析管内流体流场分布规律;探讨不同结构参数(流体流入角度、管道长度、管道直径)对流量计性能的影响规律。模拟结果与实际相符,对流量计结构的优化设计具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 时差超声流量计 水流特性 数值模拟 流场分布
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速差法超声波气体流量计的原理和校准 被引量:2
18
作者 钱梦騄 梁军汀 +1 位作者 朱士明 卢杰 《应用声学》 CSCD 1995年第6期21-25,共5页
本文简要地介绍一种利用超声脉冲沿顺、逆流方向上传播速度之差来测定气体流速及流量的新的微机化超声波气体流量计的工作原理,以及它在内径为700mm,流速在3—13m\s范围内的校准结果.实验结果表明该微机化超声气体流量计的测速精度... 本文简要地介绍一种利用超声脉冲沿顺、逆流方向上传播速度之差来测定气体流速及流量的新的微机化超声波气体流量计的工作原理,以及它在内径为700mm,流速在3—13m\s范围内的校准结果.实验结果表明该微机化超声气体流量计的测速精度优于±2%. 展开更多
关键词 超声 气体流量计 校准 速差
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时差法超声波流量计的应用技术 被引量:14
19
作者 强发红 毛协柱 《石油化工自动化》 CAS 2001年第1期60-62,64,共4页
以日本富士电机公司的产品为基础,概要地介绍了时差法超声波流量计的测量原理,较具体地分析了影响其测量精度的主要因素以及对安装场所和被测管道条件的要求。并根据现场应用的经验,提出了正确选择安装场所及换能器安装的原则和措施... 以日本富士电机公司的产品为基础,概要地介绍了时差法超声波流量计的测量原理,较具体地分析了影响其测量精度的主要因素以及对安装场所和被测管道条件的要求。并根据现场应用的经验,提出了正确选择安装场所及换能器安装的原则和措施,以得到较满意的应用效果。 展开更多
关键词 时差 超声流量计 测量精度 应用
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TDC-GP21在时差法超声波流量计中的应用 被引量:14
20
作者 邵慧 《现代电子技术》 2012年第12期134-136,共3页
为了使超声波流量计的精度范围能达到±0.5%,研究了时差法超声波的测量原理,分析了实现高精度测量的设计方法。介绍了系统的工作过程和硬件组成,详细阐述了测时芯片高速时间数字转换器TDC-GP21(Time-to-Digital-Con-verter)的结构... 为了使超声波流量计的精度范围能达到±0.5%,研究了时差法超声波的测量原理,分析了实现高精度测量的设计方法。介绍了系统的工作过程和硬件组成,详细阐述了测时芯片高速时间数字转换器TDC-GP21(Time-to-Digital-Con-verter)的结构和功能原理,以及其在超声波流量计时间测量模块中系统硬件部分的实现。采用TDC-GP21,ARM微处理器、超声波收发电路等硬件架构,实现了高精度测量超声波顺流和逆流传播时间差。实验结果和精度分析表明,研制的超声波流量计符合设计要求,并为超声波流量计的高精度和低功耗设计提供了一个参考。 展开更多
关键词 TDC-GP21 时间测量 时差 超声流量计
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