基于相关检测的电磁流量检测技术研究

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电磁流量计以其优越的性能,在流量测量领域有着十分广泛的应用。然而电磁流量计在实际应用中当流速较低时(低于0.25m/s),或者外界噪声干扰强时,电磁流量计电极输出的有用流量信号极易被噪声淹没,普通电磁流量计很难获得流量信息。特别是当被测流体中含有少量固体颗粒时,由于固体颗粒对电磁流量计电极的随机碰撞,其输出流量值将会发生跳动,测量稳定性大为降低。近年来,随着相关检测理论的不断发展、应用领域不断扩大,出现了基于相关检测原理的锁相放大技术。该技术利用流量信号的已知特性,可以将微弱的流量信号从强噪声背景中提取出来,因此研究基于相关检测的电磁流量检测技术具有十分重要的意义。首先,针对目前电磁流量计存在的问题,研究了基于相关检测原理的电磁流量检测技术理论。研究从改善信噪比的角度出发,以白噪声为输入噪声对微弱信号检测原理做以分析;通过对比研究了自相关检测与互相关检测技术,利用MATLAB软件对具有不同类型的电磁流量计电极输出信号、参考信号的互相关检测进行了仿真分析;通过研究电磁流量计电极输出信号模型,为后期基于相关检测原理的电磁流量检测技术的实现打下了基础。其次,基于前面的相关检测原理的电磁流量检测技术理论研究,实现了以TMS320F28335数字信号处理器为核心的电磁流量测量系统的软硬件设计。其中系统硬件主要包括恒流源励磁电路、流量信号检测与锁相放大电路设计;系统软件实现电极输出信号的采集滤波处理、流量信号提取算法以及对整个系统的监测。此外,为了进一步的提高电磁流量检测精度,在相关测量理论的基础之上,基于相关器性能的深入研究,提出并实现了差分式结构的相关技术电磁流量检测方法。最后,为了验证该流量测量系统的可行性和准确性,采用标准表对比法,对该电磁流量测量系统进行了清水校定测试,特殊情况下测试以及差分式结构相关检测测试。实验测试结果表明基于相关检测的电磁流量测量系统不仅能满足常规流量测量的需要,而且能有效的抑制强烈背景噪声,提高系统在含有少量固体颗粒时的测量稳定性。特别是在流速较低的测量场合中具有独特优势,能有效的提取出在低流速(0.100m/s~0.250m/s)下的电磁流量信号,满足特殊情况下的流量测量需求。为了进一步的提高系统的检测精度和测量稳定性,采用了差分式的相关检测方法,验证了其具有更好的测量性能,可将低流速测量下限进一步降低。该研究成果可以为在低流速,外界强干扰或者流体中含有少量固体颗粒等情况下电磁流量计的研发设计提供理论支持和实践指导。
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