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矿用超声波气体流量计参考波形自动跟踪方法

柏思忠

柏思忠. 矿用超声波气体流量计参考波形自动跟踪方法[J]. 工矿自动化,2022,48(4):38-43, 59.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021080082
引用本文: 柏思忠. 矿用超声波气体流量计参考波形自动跟踪方法[J]. 工矿自动化,2022,48(4):38-43, 59.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021080082
BAI Sizhong. Automatic tracking method of reference waveform of mine ultrasonic gas flowmeter[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(4):38-43, 59.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021080082
Citation: BAI Sizhong. Automatic tracking method of reference waveform of mine ultrasonic gas flowmeter[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(4):38-43, 59.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021080082

矿用超声波气体流量计参考波形自动跟踪方法

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021080082
基金项目: 重庆市技术创新与应用发展重点项目(cstc2019jscx-mbdxX0007);中国煤炭科工集团有限公司科技创新重点项目(2021-TD-ZD009);中煤科工集团重庆研究院有限公司重点项目(2021ZDXM04)。
详细信息
    作者简介:

    柏思忠(1978—),男,四川阆中人,副研究员,硕士,主要研究方向为超声波流量检测、室内设备定位与导航、仪器仪表数据处理和传输,E-mail:bsz3188@163.com

  • 中图分类号: TD712.6

Automatic tracking method of reference waveform of mine ultrasonic gas flowmeter

  • 摘要: 为了提高矿用超声波气体流量计的准确性,针对互相关检测信号存在“跳波”现象并影响超声波渡越时间测量精度的问题,提出了一种矿用超声波气体流量计参考波形自动跟踪方法。在计算超声波渡越时间的同时,对超声波参考波形和实时接收信号波形进行互相关运算,并计算互相关检测的可信度,设定可信度有效阈值和参考波形更新阈值,对互相关系数进行可信度评审,判定参考波形是否更新。可信度小于有效阈值时,判定接收信号无效,重新发送超声波信号;可信度大于更新阈值时,判定接收信号波形与参考波形高度吻合,不需要更新参考波形;可信度介于有效阈值与更新阈值之间时,判定接收信号有效,用当前接收信号波形替换原参考波形,实现参考波形自动跟踪。分析了可能造成超声波渡越时间差错1个波形周期的2种超声波接收信号波形变化:包络连续形变和包络瞬间畸变。气体流速、温度、压力的变化会导致接收信号包络发生连续性变化;尖峰脉冲、随机信号和周期干扰等可能导致超声波接收信号包络发生瞬间畸变,包络瞬间畸变可分为主峰严重畸变、主峰微小畸变、非主峰畸变3种情况。试验结果表明,在不同流速、温度、压力、噪声影响下,超声波气体流量计的相对误差不超过±1.0%,满足精度1.0级测量要求,参考波形自动跟踪方法为流量测量的准确性和可靠性提供了保障。

     

  • 图  1  超声波信号极值

    Figure  1.  Extremum of ultrasonic signal

    图  2  不同流速下超声波接收信号包络分布

    Figure  2.  Envelope distribution of ultrasonic signals at different velocity

    图  3  不同温度下超声波接收信号包络分布

    Figure  3.  Envelope distribution of ultrasonic signals at different temperature

    图  4  不同压力下超声波接收信号包络分布

    Figure  4.  Envelope distribution of ultrasonic signals at different pressure

    图  5  噪声影响下超声波接收信号包络

    Figure  5.  Envelope of ultrasonic signals at different noise

    图  6  流量标准装置

    Figure  6.  Flow calibration device

    表  1  不同流速下流量计试验数据

    Table  1.   Experimental data of flowmeter at different velocity

    参考流速/
    (m·s−1)
    参考流量/
    (m3·h−1)
    实测流量/
    (m3·h−1)
    相对
    误差/%
    可信度
    最小值
    参考波形
    00000.97未替换
    0.50056.5556.5790.370.91未替换
    0.986111.56112.0290.420.86未替换
    2.990338.21340.0030.530.81未替换
    7.986903.19909.6930.720.71替换过
    11.9711 353.901 357.9820.300.67替换过
    20.9142 365.372 357.091−0.350.64替换过
    30.6053 461.403 431.632−0.860.63替换过
    下载: 导出CSV

    表  2  不同噪声影响下流量计试验数据

    Table  2.   Experimental data of flowmeter at different noise

    噪声
    类型
    参考流量/
    (m3·h−1)
    实测流量/
    (m3·h−1)
    相对
    误差/%
    可信度
    最小值
    参考
    波形
    无噪声111.56112.0290.420.86未替换
    噪声①111.56112.1020.490.82未替换
    噪声②111.56112.1130.500.81未替换
    噪声③111.56112.1080.490.76替换过
    噪声④111.56112.2010.570.73替换过
    噪声⑤111.56112.1230.500.75替换过
    噪声⑥111.56112.2160.580.63替换过
    噪声⑦111.56112.4130.760.52失效过
    下载: 导出CSV

    表  3  不同温度下流量计试验数据

    Table  3.   Experimental data of flowmeter at different temperature

    温度/℃可信度
    最小值
    参考
    波形
    温度/℃可信度
    最小值
    参考
    波形
    −200.97未替换300.78替换过
    −100.90未替换400.75替换过
    00.86未替换500.74替换过
    100.83未替换600.71替换过
    200.81未替换
    下载: 导出CSV

    表  4  不同压力下流量计试验数据

    Table  4.   Experimental data of flowmeter at different pressure

    压力/kPa可信度最小值参考波形压力/kPa可信度最小值参考波形
    400.75替换过900.86未替换
    500.76替换过1000.91未替换
    600.79替换过1250.91未替换
    700.81未替换1500.91未替换
    800.83未替换
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-30
  • 修回日期:  2022-03-26
  • 网络出版日期:  2022-04-12

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