自回归模型谱估计在流量测量中的应用
【摘要】:
流量是工业控制与生产中的一个重要参数。为了对流量进行准确的测量,人们设计出了各种流量计。由于涡街流量计具有无机械可动部件,可得到与流量成正比的频率输出信号,压力损失较小和量程比较宽等优点,因而应用相当广泛。但是,由于其工作原理的关系,它对外界的各种干扰非常敏感,使其现场测量精度大大低于实验室标定的精度。目前涡街流量计所采用的放大、滤波、整形、计数的处理方式,在从噪声中提取流量信号方面存在较大的局限性,只能采用限制量程比、不测小流量等方法来抑制噪声。本文的主要目的是以数字信号处理的理论为基础,采用自回归(autoregressive,缩写为AR)模型谱估计的方法对涡街流量计的输出信号进行分析和处理,得出流量信号的频率,再换算成流量值,并将其与计数测量方法得出的结果进行了对比。论文依次讲述了流量的测量方法和发展趋势,流体的物理参数,涡街流量计的测量原理,AR模型谱估计的基础理论,并针对涡街流量计设计了信号处理电路和测量软件,最后对用计数方法和AR模型谱估计方法得出的测量结果进行了定性和定量分析。论文涉及到的研究工作有以下几个方面:
(1)流量传感器研究。流量测量原理、分类及发展状况,着重讨论了涡街流量传感器的原理、结构特点及测量电路。
(2)AR模型谱估计理论研究。通过对AR模型谱估计理论的研究,提出了用AR模型谱估计对流量信号进行处理和分析,然后计算出流量信号的频率,最后换算成流量值的方法。
(3)基于涡街流量计的流量测量系统。设计了对流量计输出信号进行衰减和整形的电路,测量软件中采用中断方式对处理过的信号进行采集并进行处理和分析,换算出流量值并在计算机屏幕上显示出来,同时将采样所得数据和计算出的流量值存入计算机文件中。
(4)分别采用计数的方法和AR模型谱估计的方法进行实验。通过实验验证,AR模型谱估计可以作为一种较好的方法,用来处理流量计的输出信号,并且此方法得出的结果比计数方法得出的结果精度高。
【关键词】:流量测量 信号处理 涡街流量计 自回归模型谱估计 计数 【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TH814
【DOI】:CNKI:CDMD:2.2003.122161
【目录】:
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-7
- 目录7-10
- 第一章 概述10-15
- 1.1 流量测量方法简介10-13
- 1.2 流量测量技术的发展13-14
- 1.3 论文所做的工作14-15
- 第二章 流量测量基础知识15-31
- 2.1 流量的定义15-16
- 2.2 流量测量中常用的物理参数16-21
- 2.3 管内流动基本知识21-29
- 2.3.1 层流与紊流及判别22-23
- 2.3.2 管内流速分布与平均流速23-26
- 2.3.3 两个流动基本方程26-28
- 2.3.4 流量测量常用术语28-29
- 2.4 流量的检定29-31
- 第三章 涡街流量计31-48
- 3.1 涡街流量计的原理31-36
- 3.2 涡街流量计的基本结构36-40
- 3.3 涡街流量计的分类与几种类型的涡街流量计简介40-46
- 3.3.1 涡街流量计的分类40-41
- 3.3.2 几种类型的涡街流量计简介41-46
- 3.4 涡街流量计的特性46-48
- 3.4.1 涡街流量计的精度46
- 3.4.2 涡街流量计的适用性46-48
- 第四章 自回归模型谱估计48-73
- 4.1 平稳随机信号的AR参数模型48-50
- 4.2 AR模型的正则方程与参数计算50-56
- 4.3 AR模型谱估计的性质及阶次p的选择56-61
- 4.4 关于线性预测的讨论61-66
- 4.5 AR模型系数的求解算法66-73
- 4.5.1 自相关法66-67
- 4.5.2 伯格(Burg)法67-69
- 4.5.3 改进的协方差方法69-73
- 第五章 流量测量系统73-84
- 5.1 流量测量系统概述73-74
- 5.2 电机和水泵的技术参数74
- 5.3 PCL-711B低成本多功能数据采集卡简介74-77
- 5.4 LV-50型液体涡街流量计77-80
- 5.4.1 LV-50型涡街流量计的结构特点78-79
- 5.4.2 LV-50型涡街流量计的技术参数79-80
- 5.5 信号衰减与整形电路80-81
- 5.6 流量测量软件81-84
- 5.6.1 测量软件简介81-83
- 5.6.2 测量软件流程图83-84
- 第六章 流量测量实验、数据处理及结论84-89
- 6.1 实验参数的确定84-85
- 6.2 实验方法85-86
- 6.3 测量结果及数据处理86-88
- 6.4 结论88-89
- 第七章 结束语89-91
- 7.1 论文工作总结89
- 7.2 论文的创新之处89
- 7.3 论文的后续工作89
- 7.4 论文的意义89-91
- 参考文献91-93
- 附录93-120
- 致谢120-121
- 攻读硕士学位期间所受的奖励121
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