PDF《精确的互相关算法在超声波流速测量中的应用丰》

2007年第26卷第9期 传感器与微系统(TEansducer粕d Microsystem Technologies)

107 彳\≯吣妒峙≯、sp讪 ≈应用技术《I 氐c、t一《:舟《}.

ts.o 精确的互相关算法在超声波流速测量中的应用丰 王萍k2,万柏坤1,程烽2 (1.天津大学精密仪器与光电子工程学院.天津3∞鲋2;

2.天津工业大学计算机技术与囱动化学院,天津3∞160) 攘要:夏程关算浚憩够篦较溱礁笼计算趱声波在滚速歪反2个方囊上的传播霹闯,进褥褥瘩时阂差,势 根据时间差求出流体的流速.佩离散的互相关函数峰值的精度取决于采样间隔的大小,间隔减小精度会 相应提高,但在实际的应用中计算量也会大幅度提高.在以单片机为核心的测量仪表中,这种规模的计算 通常是不会被采用懿,找到一静更篱便的计算方法是鳃决闻题的关键.在离散的互裰关函数蜂篷陡近,裂 用抛物线算法可以褥磁更精确的互相关函数峰值.这种方法允许采样间隔较大,计算时闻可大幅度缩短, 使同一测量精度的计算时间从3.7 s缩短到O.9 s左右. 关键词:露耀关函数;

单片枧;

怒声波时差法;

抛物线算法;

流速测量 中圈分类号:善恐16 文献檬识碣:B 文章编号:1000一9787(2907)∞一e107一02 l 』 n 』 』l

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2.ColIege of Computer and AutoI瑚娃帐,骶a埘.m孙Iyt诚nic Ulliversi哆,骶a埔in 3∞160,Cm舱) Ab确阻c毫:码e p脚agation垃me of ultrasonie漩positi粥and neg醚i牝direeti傩s《gas珏渊ean be ex粒姆 c越eula埝d by璐ing e黼8s|co商ation,and the time di&

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舳er compu量ed, and the velocity 0f ga8 now can be甜so computed.However,because the calculation error 0f peak of discrete cr088- con.elation function depends on salllple inten,al,decrease in interval is to increase in precision and certainly it is to if地糟鹳e糖a k毯g w鑫y i珏氇e謦壤嫩i|y of e蠢e娃18圭i甜l.l珏撒eas娃r主ng inslmmen担氇蘸a羚eon枉珏lled酶sin器e e歉玲 computer,the method that needs huge calculation is usuauy not used.The key of the question is to find a relatively simple method. In the vicinity 0f peak 0f discrete cmss-correlation function,a more accurate peak can be gained 匆u￡ilizing弘强bola奎轳r主lhm.The舔g瞳thm permits to have long郎sa黼瘩e pefiod a摊d e珏硅a主ls e越cul8圭ing娃黼e 壬如m 3.7s to O.9s in the same measuremem precision. Key woHIs: cmss-correlation function;

sin西e―chip computer;

ultrasonic time difrerence method;

parabola alPl戚thm;

now mte me8surement 0引言超声波时差法测流速的一般方法是利用计数器谯流体 流动鲍惩反方囊上记录获发射声波辣狰劐接收声波躲{搴的 时间差,确定流速大小.它的缺点是在尖峰干扰严重时会 产生计数错误u J. . 载矮诗算采榉信号与标凌信号酶蔓摆关涵数酶方法霹 以将超声波信号从强干扰中准确地识别出来.互相关融数 最大峰值所在的位置就是信号的传输的时间,将信号在正 反2令方囱酶赞输时闻耱减鄂霹翘遂流速大小.壶予信号 数据熟离散的,所以,最大峰值的准确位置与采集间隔 Il受穰墨凝:2087一必一∞ {基金颂目:天津市商等学校科技发展基金资助项目(20051206) 有关,间隔越小,准确性越高.但数据密度也越大,造成了 计算量增大,实时陛下降,减小计算蟹的方法之一是使采集 闽隔增大.为了在闻灏较大懿条锌下获褥最大蜂煎熬准确 位置,使用抛物线拟合的方法求出了最大峰值的准确位置, 从而既减小了计算量,又能获得较高的测量精度. l爵差法溯滚速的原溪 如图1所示,s为上游超声波收发传感器,x为下游收 发传感器,五为两传感器间距离,口为￡与垂直方向的夹角, ￡,舞声波及x―s鳃传攒时阕,≠;