PDF《精确的互相关算法在超声波流速测量中的应用丰》

力声波麸s―X酶传播时 间,c为声速. 万方数据

108 簧感器与微系统 第26卷―――――孓嵴一 图l对麓法测流速y的示意图 懿g熏sch锄娟e畦耋89ram醴嚣豫往键r耋端蠢dw矿姆 璐ing time di胁nnce method 由图1可得 |? l. '

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熹(丢一士), (1) .磊而'

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tlj 式中三,p为已知,因此,超声波测流速的关键闷题是传播 时鬻≮纛￡;

豹猿确溺爨. 2互相关检测的原理 如果存在2个连续的随机过程,当它们是实数且为周 麓蠡数爵,2个丞数静攘关函数可定义为 R,,

(.r)2舰寺J删戈(t)y(t―r)d￡・ (2) 通常在诗算时,由#一O开始,嚣戴,式(2)可写成 %(,r)2舰寺Jl并(f)y(￡一r)d￡. (3) 如果菇(￡),y(￡)不是同一信号,则称疋,(?)为互相关 黼数嘲.著茹(#),y(￡)烧紧密相关的或卡分栩近的信号, 则R.,(丁)将会有一个很突出的峰德出现.利用互相关函 数检测信号,通常是在信号波形为憋熟的条件下进行的. 将已知信号波形预存在内存中作为y(#),实际采集的信号 作为菇(￡),然后,将y(t)与茹(f)在固定长度内进行卷积,如强2所示.警f=丁.时,算(￡)与y(￡)中酶债号部分重合, 织,(,『)有最大值,此时,搿(t)移动的距离-『.即为声波传播 时间,图3为R,.(丁)的阁形. O ￡ 圉2卷积示意圈 Fi鐾2 Schematic diagram Of convoIu廿on

0 圈3‰《_r}的圈形 Fig 3・Diagram of殿w(¨ 数据处理的覆剜: a.采集频率至少要大于lo倍的信号频率;

b.积分区间r应包含信号特征的90%以上. 离散化的互相关函数冗(r)的表达式如下 . Ⅳ一i 嚣.㈤=亩∑茹(避)y(避一孓),歹一l,2,3,…,蠢, (4) 式孛撑力积分送阙鳇数据总数;

矗为数攒采集惩隔;

ri为 f的取值序列.通常,f,的取值间隔等于的间隔,,

每变 化一次,咒,(丁,)就要重新计算一次,因此,|R.(J『)的计算量 是毒基常大酶.霞.(f;

)在最大德酣遥酶瑟形薅图4所示. O 图4离散的肆.,(_r)最大值阐形 疆g 4联ag穗m醒d熬lc揩垂e嚣,,

《甲》琳a畦m珏m 由图4可知,r.点为最大值点,但并不很精确,如要 更精确,只能增加采集密度,减少.但这样一来,计算量 又太大,透魏,采瘸一种遥缎予越耪线缫分静方法掇离检 测精度. 3抛物线顶点的计算方法 如图5魇示,测量3个点,分别为南(茗.,孙),建,(茹,,

y.),如(她,儿),若采样间隔为^,则有并2一‰+血,并3一%+ 2矗,基于该三点飚数坐标值可褥抛物线方程为 ㈣=学2一e牮+芈・ 珀并地+警+鳖等逸小 进而求得抛物线顶点坐标为 ,(3%一4y1+扎)^ 冀m斟一1F石而'

.(3%一4y1+弛). ym 2y.+可i鬲丽'

实际计算中,只需要翔道髫.(霹f.)鄯可,因忿,y.的 计算可以省略.这种方法可以获得较高的计算精度,同时, 也可以大量节省计算时间. 整s擞耪线法求量糨关菌数最大壤岽意图 Fig S Schematic diagram 0f deteIlliIIing cm豳・correlati0娃funcn伽maximum by sing paraboIa algorithm 4瓣譬数据与分橱 在流速为O一25 H∥s的实测值如表l所示. 出表1可看出:在流速很低时误差变大,呈现较大的非 线性,其嚣爨蹩燕予滚场分穆黪改交所造成,在实际庞蠲孛 必须设修正系数. (下转第112页) 万方数据

112 传感器与微系统 第26卷100 旺90 警80 * 莒70 憎l 器60 垃50

40 O

5 lO

15 20

25 迭代步数 图4遗传算法、同步模式PSo和异步模式PSo逐次迭代时 路径的传输延时和费用的变化曲线 Fig