新型智能超声波流量计的研发

新型智能超声波流量计的研发

一、新型智能超声波流量仪的研制开发(论文文献综述)

王志强[1](2021)在《基于PVDF智能超声波换能器的研究》文中研究指明超声波换能器作为流量监测系统的传感部件,利用超声波信号在流体中顺逆流传播时间差来测量流体流量,其具有流体测量非接触性、流速动态测量范围广等特点,在现代工业生产中的流量监测领域应用广泛。PVDF材料作为压电传感领域中的一种新型压电材料,具有低机械品质因数、高压电应变常数的优异性能,以及较好的声阻抗匹配特性,使用此材料作为超声波换能器的压电敏感元件,能够提高超声波换能器的测量灵敏度及精度。同时以PVDF超声波换能器作为核心,设计的管道流量智能化监控系统,可以实现换能器监测数据的远程通讯、温度误差补偿以及管道泄露预警等功能。本论文主要研究内容和研究成果如下:1、分析了超声波流量计的工作原理以及换能器的设计理论,基于PVDF压电薄膜对超声波换能器进行了结构设计,提出的多层双螺旋结构实现了性能增益目标;2、运用KLM分析模型对背衬、匹配层进行了材料选型设计及参数指标确定。计算得出匹配层的理想声阻为1.9MRayl,确定材料为环氧树脂。仿真结果表明,相较于无匹配层的超声波换能器,带有匹配背衬和一层λ/4匹配层时,接收灵敏度数值上可提高10d B;3、设计了换能器流量数据的智能监测通讯系统。基于CC2530芯片以及STM32微处理器,完成了数据报文传输的软硬件结合设计,超声波换能器智能化功能包括实时自主流量测量、管道泄露预警以及数据误差补偿;4、针对PVDF换能器在流量监控系统中的性能进行了实验。PVDF换能器的测试-3d B带宽为0.25MHz~1.4MHz,动态监测管道内不同流速下的流量时更加稳定;测试接收灵敏度相对陶瓷换能器高出12.5%,可使超声波换能器流量信号的测量更加准确。

朱义德[2](2021)在《超声波流量测量技术及精度补偿方法研究》文中认为与传统的流量测量方法相比,超声波流量测量技术具有几乎无压损、无阻流部件、非接触式、高精度、测量范围广等优点,广泛应用于石油传输、流量跟踪、用水计费等领域。国外对超声波流量测量技术研究较早,相关产品基本可以满足工业生产的要求,但价格十分昂贵。在这个领域,我国起步较晚,技术累积不足,产品性能也难以达到市场需求。针对这一实际问题,对超声波流量测量技术展开深层次研究,具有重要的研究意义和实用价值。具体研究内容主要包括以下几个方面:首先,通过查阅相关文献资料,给出了超声波流量测量系统的总体设计思路,对常见的超声波流量测量原理展开理论分析,并对超声波传感器结构原理及其安装方式进行了分析比对。最终选定时差法作为测量原理并在算法层次对时差法进行了优化,降低了声速对测量结果的影响。在此基础上,结合超声波回波特性和互相关算法原理,利用FPGA的逻辑特性,设计半并行结构实现互相关算法,提高了超声波渡越时间的测量精度,并进行了应用验证。其次,对超声波流量测量系统总体进行了设计,采用STM32单片机与FPGA相结合的方式设计了流量测量系统的控制核心。其中,STM32单片机负责数据的采集与处理、信息的显示和输出,其硬件平台构建了测量系统的软件系统,FPGA负责逻辑控制以及为硬件电路提供驱动信号,二者相辅相成。TDC-GP22高精度计时芯片与互相关算法模块相结合,共同完成上下游时间的测量。最后,对所设计的超声波流量测量系统进行了测试验证,搭建了实验检测系统,分别进行了静态流速测量、超声波传感器安装位置偏移误差、层流流速区以及湍流流速区的流量测量等实验。将设计样机的检测数据与参考流量计测量数据进行综合分析。实验结果表明,设计样机在层流区域的相对误差低于3.68%,湍流区域的相对误差小于0.66%。

王成云[3](2021)在《多相流频差法流量测量技术研究》文中研究指明流量作为智能分层采油系统中的一个核心测量参数直接影响分层采油的调配效果,对调整油气开采策略和优化生产工艺具有重要意义。根据井下多相流的特点,结合多普勒测量技术优势,研究多相流频差法流量检测技术,可为智能分层采油工艺提供实时准确的流量信息。本文以超声波传播衰减理论为基础,研究超声波工作频率与传播衰减关系;通过仿真分析超声波遇到流体中不同尺寸、浓度、位置和材料的悬浮粒子对散射声场以及回波接收信号振幅的影响情况,为超声波工作频率选取提供参考;根据多普勒原理对不同传感器布局方式进行推导,并分析各传感器布局方式的优缺点。因此要获取实时准确有效的多相流体流量信息,需要根据不同的测量环境,选取合适的超声波传感器工作频率和布局方式。由于超声波在传播过程中受外界环境影响,会对回波接收信号造成干扰,从而影响多相流频差法流量测量精度。文中对超声波工作频率、传感器布局、多相流体特性和环境温度等因素进行了分析。其中多相流的流速、密度和粘度等特性与管道流体湍流强度变化有关,而环境温度影响硬件电路性能和超声波传播速度。由于不同工作环境各因素影响权重也有所差别文中对关键影响因素进行补偿校正,以提高测量系统的稳定性、适用性和可靠性。搭建了室内模拟试验平台,测试了多相流频差法流量测量系统的性能。对硬件电路做了温度试验,确保在125℃时能正常工作;对装有超声波测量系统的仪器进行了125℃、45MPa的温度及压力试验,检测仪器可靠性与稳定性;利用多相流室内模拟循环装置对超声波流量测量系统性能进行测试。通过分析测试数据可得出,该测量系统多次测试数据重复性好,且测量相对误差在%15以内。对多相流频差法流量测量系统进行补偿校正后流量测量的相对误差提高了2%~%0。

郑高原[4](2021)在《基于物联网的高精度超声波气体流量监测系统设计》文中指出流量计广泛应用于天然气、化工、电力、冶金等行业,超声波气体流量计因其特性在流量测量领域中有良好的发展前景,但是目前的流量监测系统大部分仍然采用有线传输数据联网,扩展性差,布线成本高,为解决这些问题,设计了一种基于物联网MQTT通信协议、ESP8266无线通信模块和MAX35104超声波气体流量测量芯片的高精度超声波气体流量监测系统。可以实现针对各类复杂环境下超声波流量计要求较高精度,简化现场布线,对安装现场进行监控预警又要远距离传输数据的要求。通过对多种物联网连接技术和流量测量技术的研究,选择WIFI无线通信技术进行物联网数据传输,构建了一种时差法超声波气体流量监测系统。研究了管道流速模型,对于流量测量精度的影响因素进行分析,根据层流紊流的实际流速分布以及密度粘度在不同压强温度下的关系,使用Matlab进行拟合,得到雷诺数的补偿公式,提高测量精度。为提高超声波流量计的精度,使用Z式探头安装法与MAX35104高精度气体测量芯片。使用新型MAX35104时间测量芯片测量精准超声波顺逆流时间。采用STM32F103ZET6作为主控MCU,实现对外围电路的控制及数据处理。采用ESP8266芯片通过网络传输数据。芯片通过WIFI方式联网发送数据到网络服务器,完成数据解析,实现远程数据采集、远程监测、远程控制和远程维护,设计了手机APP,利用物联网技术实现手机与电脑对工业环境中的气体流量、温度、湿度的远程监测和控制。使用DHT22温湿度测量模块、MQ-9甲烷浓度测量模块测量温湿度及甲烷浓度。对系统进行实验测试和分析,结果表明,该系统实现了超声波气体流量的高精度测量,周围环境参数的预警监控和测量现场的远程数据传输的功能。可以实现对气体流量测量和相关数据的监测与控制,满足了设计要求,所取得的结果有一定的理论意义和实际应用价值。

王祺[5](2021)在《回波信号的处理方法及其在远程工业流量计中的应用研究》文中研究表明随着我国工业智能化的推进,化工产品生产线的智能化程度不断提高,智能化仪表对性能的要求越来越高。首先,超声波流量计在工作过程中由于工厂环境等因素可能存在噪声干扰,导致流量计测量精度较低,为提高流量计的测量精度,本课题提出优化超声波回波信号测量方法以及利用遗传算法(GA)优化变分模态分解(VMD)的回波信号分解去噪重构方法提高对原始信号的去噪效果,达到提高超声波流量计测量精度的目的。其次,为了方便现场仪表和控制中心之间的通信以及调整参数,本课题采用HART通信协议作为设计的超声波流量计系统的远程通信技术,由于HART协议提供两个同步通信通道:4~20m A模拟信号和数字信号,并且还可以通过4~20m A电流回路向集散控制系统(DCS)发送开关管道阀门的指令,两者结合起来提供了一种易于配置、成本低、高度可靠、完整的现场通信解决方案。基于以上技术研究分析完成系统软硬件设计,研制出一套符合工业标准的超声波流量计系统。论文内容包括以下三个方面:(1)针对超声波回波信号的传播特性,优化了基于时差法的新型回波信号测量的数学模型。该模型减少了测量时所需的参数,消除了除超声波波速外的外界干扰因素,从而将回波信号的测量精度提高,为后续系统进行超声波回波信号降噪处理提供基础条件。(2)针对由于在工业现场可能存在的各种干扰信号影响超声波回波信号的问题,提出了基于遗传算法结合互信息熵准则优化变分模态分解的回波信号去噪方法。通过对采集得到的超声波回波信号进行变分模态分解,然后通过遗传算法对变分模态分解中的参数进行优化,自适应性的计算出最有参数组合,根据不同的原始信号分别计算不同的最优参数组合,对信号进行再一次分解,最后利用互信息熵准则对原始信号和分解后的信号进行对比计算得到相关性较高的分解分量,从而重构信号到达有效去噪。通过仿真实验,结果表明优化后的变分模态分解对回波信号的去噪重构效果显着提高。(3)设计一款用于实际工业现场测量化工产品的超声波流量计系统,采用STM32单片机作为流量测量系统的数据处理芯片,并使用C语言对各个模块进行了编程。利用基于HART协议的DS8500型芯片、AD5422芯片和其他硬件电路搭建流量测量系统的通信部分。在Visual Studio软件下设计开发了用户使用界面,实现了可在远程PC端上监控流量实时情况和对各种参数的设定。仿真实验及现场测试结果分析可知:所提出的基于遗传算法结合互信息熵准则的去噪方法对比已有的回波信号降噪处理算法,可较好地将有效信号与噪声分离,分解效果较好,原始纯净回波信号的还原度较高,使得设计的超声波流量计测量精度最高可达到98.78%。

刘超[6](2019)在《基于NB-IoT技术的超声波水表的研究》文中认为随着科学技术与信息技术产业的快速发展,与我们生活休戚相关的水表也在不断的更新换代,超声波水表由于其非接触式测量、应用范围广、精度高、智能化、成本低、安装维护方便等特点,得到了广泛的应用。传统的机械式水表不能适应社会发展的需要而逐渐被取代。超声波水表常用温度传感器测量温度进行温度补偿,成本高而且结构复杂,本论文在对计量精度影响很小的情况下,采用查表法实现了温度补偿,减少硬件,简化结构,降低了整体设计成本。传统的人工抄表方式需要工作人员挨家挨户收集水表数据,不仅劳动力成本高而且工作量大,并且不能及时反映用户的使用情况;尽管有线抄表方式解决了人工抄表的一些问题,但是它需要铺设大量的电缆,不仅增加了额外的开支而且易于受到天气以及电网的影响,抄表系统的正常运行受到了严重的影响。随着物联网的发展,无线抄表方式越来越多地被使用,NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)是一种新型的物联网技术,其具有广覆盖、低功耗、低成本、大连接、使用运营商授权频段、无需中间硬件设备和软件做支持等特点,与其他无线抄表方式相比,优势明显,应用越来越多。因此,本文设计了基于NB-IoT技术的超声波水表。该系统硬件有超声波水表与NB-IoT模块两部分组成。其中,超声波水表选用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F4152作为主控芯片,超声波换能器选用“U”型安装方式,选择高精度时间转换芯片TDC-GP21完成超声波在水中发射与接收之间的时间间隔测量。根据它们之间测量的时间通过查表法进行温度补偿,通过时差法计算出流体的流速,进而计算出流体的流量,由LCD液晶显示屏对累积流量等信息进行显示。超声波水表中内含基于NB-IoT技术的NB-IoT无线传输模块BC95-B8,单片机通过串口把累积流量等信息发送给该模块,该模块定时通过运营商基站把传输的数据发送给IoT(物联网)云平台,通过云平台实时查抄超声波水表用水量等信息。经过实验检定与整体测试,本课题设计的超声波水表达到了国家应用的标准,通过NB-IoT无线传输模块,单片机与IoT云平台能够正常、稳定的进行通信,数据传输及时有效,达到了预期设计的标准。

方泽华[7](2018)在《基于智能拟合算法的超声波形起振点判定方法研究》文中指出天然气是一种高热值、低排放的清洁能源,其开发利用对于改善能源消费结构、应对气候变化以及促进可持续发展具有重要意义。近年来,我国先后实施了“西气东输”、“川气东送”、“俄气南下”、“海气登陆”等重大工程,建设了长约七万公里的天然气主干管网,所传输气体种类则包括常规天然气、煤层气、页岩气、LNG等。时差式气体超声波流量计因其高精度、宽量程、低压损等优势,被认为是天然气计量的首选仪表。然而,面对复杂管道环境和天然气组分变化,气体超声波流量计在实际应用中仍然存在一些问题,尤其是信号幅值波动、波形扭曲以及相频特性变化等导致的超声波渡越时间判定困难,严重影响其计量精度与测量可靠性。因此,通过技术与方法创新,提高时差式气体超声波流量计在复杂管道环境和复杂气源组分现场的测量精度与可靠性,具有重要意义。超声波渡越时间值的准确测量是时差式气体超声波流量计进行流量计量的基础。然而,现有的超声波渡越时间测量方法在时差式气体超声波流量计的复杂应用工况下会表现出测量不可靠、结果精度低以及测量性能受换能器特性影响等缺点。为此,本论文开展了基于智能算法和信号模型的超声波渡越时间测量方法研究,并分别在渡越时间测量可靠性、精确性和快速性三方面进行了相关工作,具体包括:(1)基于超声波信号指数模型,利用人工鱼群和粒子群联合算法进行了模型特征参数求解,并提出了可行解提取策略,解决了传统超声波形起始振动点检测算法易于陷入局部最优的问题,避免了起振点检测中的跳波问题,提高了算法在强噪声以及复杂工况下的起振点检测可靠性;(2)通过对超声波接收信号的频率特性分析,建立了含时变频率函数的超声波接收信号改进模型,将起振点检测误差降低为基于传统模型检测结果的1/3;(3)利用编码激发方法以保障接收信号具有相似的归一化幅值特征,利用波形之间的相似性比较以检测信号中的固定过零点,进而实现了超声波形起振点的快速定位,将算法运行时间降低为原来的1/3。最后,实现了各类工况下超声波渡越时间值的准确测量,为时差式气体超声波流量计在复杂天然气管网和多组分气源情况下的计量性能提供了基础保障。论文主要研究内容如下:1.基于人工鱼群和粒子群联合算法的超声波形特征参数判定对基于模型拟合的超声波形起振点检测方法进行了原理阐述,指出了现有的起振点检测算法在时差式气体超声波流量计中应用的不足之处,继而提出了基于人工鱼群和粒子群联合算法的超声波形起振点检测方法。该方法中,通过对人工鱼群迭代过程中输出结果的分布规律分析,提出了可行解提取策略。基于该策略,粒子群算法实现了起振点局部极值域的反复精细搜索,避免了由全局最优域被错误丢弃而引起的跳波问题。最终,从仿真对比和实验验证两方面对本论文提出的起振点检测算法进行了测量可靠性验证。2.含时变频率的超声波接收信号改进模型通过对流量计发射与接收电路的建模分析,揭示了超声波信号中的复杂瞬变频率特性,指出了基于传统超声波信号模型进行起振点检测时出现测量误差的根本原因。为了实现起振点的精确测量,提出了含时变频率函数的超声波接收信号改进模型,并利用TEO算子实现了超声波信号的瞬时频率求取。分别基于传统模型和改进模型,开展了不同瞬变频率曲线下的起振点检测,对提出的改进模型在起振点测量精确性提升上的意义进行了验证。3.基于增强型相似性判定的快速起振点定位方法研究了不同工况下的归一化超声波信号幅值特征,指出了温度是引起信号归一化幅值特征变化的主要原因。在此基础上,提出了基于相似性判定的快速起振点定位方法。通过对连续测量过程中接收信号之间的归一化幅值特征比较,实现了固定过零点的可靠检测和起振点的快速定位。通过对流量计发射与接收电路的建模分析,提出了基于编码激发的接收信号幅值特征控制方法,确保了接收信号在不同工况下都具有相似的归一化波形幅值特征,增强了上述快速起振点定位法的可靠性。通过仿真与实验,分别对基于相似性判定的快速起振点定位方法、编码激发方法和基于增强型相似性判定的快速起振点定位方法进行了可行性验证。4.智能起振点检测算法在时差式气体超声波流量计中的应用与验证将三部分研究内容综合应用到课题组开发的时差式气体超声波流量计上,并在实验平台上对基于智能拟合算法的超声波形起振点判定方法进行了综合验证。

宋炜[8](2018)在《时差法超声波流量检测技术研究》文中研究说明流量测量作为能源计量的一个方面,在工农业领域具有重要的地位。超声波流量计将声学测量技术和电子技术相结合,与其他流量计相比具有独特的优势。目前,超声波流量计中的探头主要采用径向和弦向安装方式。在时差法中,为满足测量精度要求较大的声波传播距离,导致超声波流量计主要应用于中大管径的流量测量中。在某些重要领域,需要利用超声波流量计进行小流量较高精度测量,针对小流量的高精度测量,需要重新设计制作流量计测量管,选取合适管径和最佳的声道布置方式,发明高精度的声时差测量技术。本文基于超声波的传播特性和时差法超声波流量测量基本理论,探究了非理想流场下的修正系数的本质,分析提出通过仿真与实验来获取流速修正系数的思路。根据小流量的较高精度的测量需求,设计了新型流量管的结构与探头安装方式,并与传统测量管的结构做分析对比,理论层面论证了其在小流量测量中独特的精度优势。基于时差法流量测量原理,对超声波流量检测系统进行总体方案设计。在此基础上,完成超声检测卡及超声探头选型,设计通道切换控制模块及硬件模块之间的连接线路图;基于硬件系统设计开发流量测量软件。本文详细地分析了流量测量中误差的来源,在理论层面分析流场分布不均引起的测量误差的本质,探究了不同误差因素对流量误差变化的影响规律。根据各误差因素不同的作用特点,提出相应的减小误差提高测量系统精度的方法。开展了超声波流量测量仪基本功能和声时差测量原理的验证试验,以及流量标定和精度验证试验。验证了流量测量仪软硬件模块具备基本功能,验证了基于声时差原理测量流量的可行性。通过流量标定试验进行流量系数标定,在此基础上初步判断本流量测量仪在测量较小流量时可达到的精度范围。

杨奉利[9](2018)在《智能超声波气体流量计的研制》文中进行了进一步梳理随着国内各行各业的快速发展,超声波流量计也不断拓宽市场。但是仍然存在一些问题,比如现在流量计市场上气体超声波流量计主要是固定测量周期,对信号质量没有进行检测,对于较大的干扰没有办法处理,零流量下存在自走字现象。本文研制的智能超声波气体流量计可以根据流场状态来调整测量周期,能够更好的体现流场状态;并且加入了信号质量检测方法,避免劣质信号对测量结果的影响,采用了动态直线拟合的方法来修正时间值,从而得到准确流量信息。本文主要从以下几个方面来进行研究:1、通过大量阅读相关文献,了解超声波流量计的发展,通过了解国内外的研究现状,选用时差法的测量原理来进行设计智能超声波气体流量计,设计了智能算法来进行时间的测量。2、对超声波流量计的整体硬件电路进行设计,对计时芯片、主控芯片、计算芯片的外围电路进行了配置,设计了超声波激发调理电路、信号处理电路、STOP信号处理电路、开关选择电路等硬件电路模块。3、通过对硬件分析和原理的研究,设计了智能超声波气体流量计的程序。主要包括测量主程序、时间值测量程序、测量周期自适应程序、劣质信号剔除程序、动态直线拟合程序、流量值计算等程序模块的设计。4、研制出智能超声波气体流量计样机,通过串口打印时间值,进行时间值的比较,分析算法的优越性。在音速喷嘴气体流量检定装置上对样机进行流量值测量,通过实验数据分析样机性能。对测量数据进行误差分析,绘制误差曲线,并进行直线拟合,修正流量值。

杨春蕾[10](2017)在《里运河沿线大中型灌区渠系量水系统研究》文中研究表明农业是我国的用水大户,农业用水量占全国总用水量的60%以上。由于人口增加,工业发展,城市化进程加快,非农业用水不断增加,因此对控制农业灌溉用水、提高灌溉水利用效率提出了更高的要求。灌区量水是实现灌溉用水科学调度、按方计收水费的重要基础。因此,对灌区用水量进行有效监控愈发迫切,监控要求也越来越高。本文结合里运河沿线灌区的实际情况,以高邮灌区为主要研究对象,收集高邮灌区现有渠系资料,针对不同渠道选择适当的量水方法,合理布设,并且开发了一套用于实时采集灌区总用水量数字的量水信息系统。主要研究如下:1、系统归纳了国内外量水技术的发展历程,综述了量水堰、量水槽、量水仪表及自动测流技术等方面研究进展。2、系统总结了目前常用的几种量水设备的性能特性,在此基础上提出一种基于层次分析法(AHP)的小型灌溉渠道量水设备选型方法。以量水设备选型为目标层,以测流范围、淹没度、测量精度、工程造价、测流及管护方便程度为准则层,以常用的五种量水设备为方案层。分析结果表明,针对里运河沿线大中型灌区斗农渠,量水设备的优选顺序为农用分流计、圆柱形量水槽、长喉道量水槽、矩形无喉道量水槽、巴歇尔槽。优选结果对以上所述地区灌区量水设备的选择具有一定的指导价值。3、高邮灌区共有干渠9条,支渠127条,斗渠3250条,为保证灌区水量平衡分析的可靠性,在灌区量水工作中,必须针对不同灌区的不同特点布置最适宜量水设备或设施。干渠渠首利用进水闸量水,干渠中部利用龙奔节制闸量水;支渠首70%选用传统分水闸量水,30%选用多普勒超声波流量仪量水;典型斗渠采用具有自动监测及数据远传功能的修正的农用分流计量水,其余普通斗渠采用普通的农用分流计量水。4、以Delphi7.0为开发环境,通过ADO控件完成Delphi与SQL数据库的对接,建立一个面向用户的灌区取用水量数据的管理模块和查询系统。主要分为用户登录模块、数据管理模块、历史数据模块、用水量统计模块、灌溉水利用系数模块以及修改密码模块五个模块。能够实现对灌区渠系总用水量的整理、统计与管理,操作简单,大大节省了人力物力,提高了工作效率,具有较好的实用性与稳定性。

二、新型智能超声波流量仪的研制开发(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、新型智能超声波流量仪的研制开发(论文提纲范文)

(1)基于PVDF智能超声波换能器的研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1.绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 超声波换能器的发展现状
        1.2.1 换能器研究技术的发展
        1.2.2 换能器压电材料的发展
        1.2.3 PVDF薄膜的国内外研究现状
    1.3 论文开展的意义和工作
        1.3.1 本人研究工作
        1.3.2 论文结构安排
2.基于PVDF材料的超声波换能器设计
    2.1 压电材料PVDF薄膜性能及特点
        2.1.1 PVDF薄膜的压电效应
        2.1.2 PVDF薄膜的压电矩阵
        2.1.3 PVDF薄膜与其他材料的性能比较
    2.2 压电材料PVDF薄膜的热效应分析
        2.2.1 有限元仿真
        2.2.2 热响应问题求解
    2.3 超声波换能器结构设计
        2.3.1 KLM分析
        2.3.2 PVDF薄膜结构研究
        2.3.3 匹配层设计
        2.3.4 背衬层设计
    2.4 本章小结
3.超声波换能器数据智能监测设计
    3.1 系统功能框图
    3.2 Modbus通讯协议
    3.3 远程通讯单元电路设计
        3.3.1 无线收发电路
        3.3.2 DC-DC电源电路
        3.3.3 RS485 接口电路
        3.3.4 端口通讯指令测试
    3.4 微处理器智能监控程序设计
        3.4.1 收发通讯程序
        3.4.2 LCD显示程序
        3.4.3 双通道监测预警
        3.4.4 智能温度补偿
    3.5 本章总结
4.超声波换能器及数据智能监控测试
    4.1 超声波换能器对比测试实验
        4.1.1 实验方案
        4.1.2 测试结果
    4.2 远程信号监测通讯距离测试
        4.2.1 实验方案
        4.2.2 测试结果
    4.3 超声波换能器智能化监测功能测试
        4.3.1 实验方案
        4.3.2 测试结果
    4.4 本章总结
5.总结和展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢

(2)超声波流量测量技术及精度补偿方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 流量计概述
    1.3 超声波流量测量研究现状
        1.3.1 国外的研究概况
        1.3.2 国内的研究概况
    1.4 研究内容和论文结构
2 超声波流量测量系统设计方案
    2.1 设计思路
    2.2 超声波流量测量原理
        2.2.1 相位差法
        2.2.2 多普勒法
        2.2.3 波束偏移法
        2.2.4 时差法
    2.3 优化时差算法
    2.4 超声波传感器原理及安装方式
        2.4.1 超声波传感器原理
        2.4.2 超声波传感器的安装方式
    2.5 本章小结
3 互相关算法及其结构设计
    3.1 互相关原理
    3.2 插值原理
    3.3 算法结构设计
        3.3.1 互相关半并行结构
        3.3.2 乘加节控制仿真
    3.4 算法应用验证
    3.5 本章小结
4 超声波流量测量系统总体设计
    4.1 超声波流量测量系统硬件设计
        4.1.1 控制模块
        4.1.2 传感器驱动模块
        4.1.3 信号调理模块
        4.1.4 数据处理模块
        4.1.5 计时模块
        4.1.6 电源模块
    4.2 印刷电路板设计
    4.3 超声波流量测量系统软件设计
    4.4 本章小结
5 实验检测与数据分析
    5.1 检测系统简介
    5.2 流量测量实验与数据分析
        5.2.1 静态流量检测实验及结果分析
        5.2.2 超声波传感器安装位置偏移误差实验及结果分析
        5.2.3 不同流体状态流量测量实验及结果分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 课题总结
    6.2 课题不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢

(3)多相流频差法流量测量技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究目的及意义
    1.2 国内外多相流频差法流量测量技术研究现状
    1.3 论文的主要研究内容
    1.4 本章小结
第二章 多相流频差法流量测量技术研究及误差分析
    2.1 超声波频差法流量测量原理
    2.2 频差法流量测量结果的影响因素分析
        2.2.1 超声波工作频率对流量测量结果的影响分析
        2.2.2 超声波传感器布局对流量测量结果的影响分析
        2.2.3 多相流体特性对流量测量结果的影响分析
        2.2.4 环境温度对流量测量结果的影响分析
    2.3 本章小结
第三章 多相流频差法流量测量电路的优化设计与调试
    3.1 多相流频差法流量测量系统总体方案设计
    3.2 信号产生电路的优化设计
        3.2.1 信号产生电路分析
        3.2.2 信号产生电路优化设计
    3.3 传感器驱动电路的优化设计
        3.3.1 驱动电路分析
        3.3.2 驱动电路优化设计
    3.4 带通滤波电路的优化设计
        3.4.1 带通滤波电路分析
        3.4.2 带通滤波电路优化设计
    3.5 混频电路的优化设计
        3.5.1 混频电路分析
        3.5.2 混频电路优化设计
    3.6 低通滤波电路的优化设计
        3.6.1 低通滤波电路分析
        3.6.2 低通滤波电路优化设计
    3.7 本章小结
第四章 多相流频差法流量测量系统试验与数据分析
    4.1 多相流频差法流量测量系统温度压力试验
        4.1.1 室内温度压力试验环境
        4.1.2 试验流程及数据分析
    4.2 多相流频差法流量测量系统流量测试分析
        4.2.1 多相流测试循环装置
        4.2.2 测试条件与流程
        4.2.3 多相流频差法流量测量系统流量测试及误差分析
    4.3 多相流频差法流量测量系统误差补偿及分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文完成的主要工作
    5.2 创新点
    5.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

(4)基于物联网的高精度超声波气体流量监测系统设计(论文提纲范文)

中文摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 问题提出与研究现状
        1.2.1 超声波流量检测研究现状
        1.2.2 智能监测研究现状
    1.3 研究内容及论文架构
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 论文组织结构
2 系统参数监测研究
    2.1 超声波及超声波传感器
        2.2.1 超声波原理
        2.2.2 超声波换能器的原理
        2.2.3 超声波换能器的选择
    2.2 超声波传感器测量方式选择
        2.2.1 互相关法
        2.2.2 多普勒法
        2.2.3 时差法
    2.3 时差法计算管道流量方式
    2.4 时间测量方法研究
        2.4.1 脉冲计数法
        2.4.2 过零检测法
        2.4.3 模拟测量法
        2.4.4 数字测量法
    2.5 流量测量精度的影响因素分析
        2.5.1 机械因素的影响
        2.5.2 电子因素的影响
        2.5.3 流场因素的影响
    2.6 流速分布研究
        2.6.1 层流流速
        2.6.2 紊流流速
        2.6.3 拟合修正系数
    2.7 物联网无线连接设计
        2.7.1 典型无线通信技术选择
        2.7.2 物联网技术网络框架
        2.7.3 MQTT协议设计
    2.8 本章小结
3 系统硬件设计
    3.1 系统总体设计
        3.1.1 系统硬件架构
        3.1.2 系统工作过程
    3.2 高精度时间测量电路
        3.2.1 升压电路
        3.2.2 开尔文连接法
        3.2.3 超声波收发电路接口
        3.2.4 早期检测
        3.2.5 时间测量操作
    3.3 控制系统电路
        3.3.1 微控制器简介
        3.3.2 最小系统
    3.4 电源电路
    3.5 无线收发线路
    3.6 其他外围电路
        3.6.1 液晶显示模块
        3.6.2 数据存储电路
        3.6.3 气体传感器模块设计
        3.6.4 温湿度传感器模块设计
        3.6.5 串口调试电路
    3.7 硬件抗干扰设计
    3.8 本章小结
4 系统软件设计
    4.1 开发环境简述
    4.2 软件总体架构
    4.3 系统主程序设计
    4.4 超声波气体流量数据采集系统
        4.4.1 MAX35104 初始化参数设置
        4.4.2 MAX35104的SPI传输协议
        4.4.3 流量计算设计
    4.5 环境监测软件设计
        4.5.1 可燃气体浓度测量程序
        4.5.2 温湿度测量模块软件设计
    4.6 物联网数据传输系统
    4.7 手机数据监测APP
    4.8 软件抗干扰
    4.9 本章小结
5 实验结果与分析
    5.1 流量计的实验方法
        5.1.1 性能要求
        5.1.2 实验环境
    5.2 实验结果处理
        5.2.1 零流量试验
        5.2.2 实时流量实验
    5.3 实验误差分析
    5.4 物联网手机监控实验
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 课题总结
    6.2 课题展望
参考文献
攻读学位期间研究成果
致谢

(5)回波信号的处理方法及其在远程工业流量计中的应用研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 超声波流量计及回波处理技术发展现状
        1.2.1 超声波流量计的国内外发展现状
        1.2.2 回波信号处理技术发展现状
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 论文的结构安排
2 超声波流量计测量原理及回波信号采集方法研究
    2.1 超声波传播特性
    2.2 基于优化时差法的流量测量原理
        2.2.1 优化后的时差法算法的流量计算
    2.3 宽脉冲波束测量的优势
    2.4 超声波回波信号的采集方法研究
        2.4.1 时域信号采集方法
        2.4.2 等效时间采样
    2.5 本章小结
3 基于优化变分模态分解的回波信号处理方法
    3.1 变分模态分解原理
    3.2 基于互信息准则优化VMD分解
    3.3 遗传算法优化VMD参数
    3.4 基于遗传学算法优化VMD分解的去噪仿真
        3.4.1 基于信号相关性的计算方法
        3.4.2 基于相关性计算后的优化VMD分解去噪仿真
    3.5 超声波回波模型
    3.6 超声波回波信号去噪仿真及去噪效果性能分析
    3.7 本章小结
4 超声波流量计软硬件设计
    4.0 超声波流量计系统整体设计
    4.1 核心处理模块设计
        4.1.1 单片机模块电路
        4.1.2 电源模块电路
        4.1.3 调试接口电路
    4.2 信号采集模块电路设计
        4.2.1 回波信号整形电路
        4.2.2 回波信号采样保持电路
        4.2.3 步进脉冲信号发生电路
    4.3 HART通信电路设计
        4.3.1 HART协议构成
        4.3.2 HART通讯电路
    4.4 软件实现及上位机设计
        4.4.0 系统总体流程设计
        4.4.1 信号处理流程设计
        4.4.2 上位机软件设计
    4.5 本章小结
5 系统调试和测试结果的验证及分析
    5.1 系统调试和流量标定
        5.1.1 系统整体调试
        5.1.2 流量标定
    5.2 测量结果验证和分析
        5.2.1 定量测试结果与对比分析
        5.2.2 管道适应性测量
    5.3 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果

(6)基于NB-IoT技术的超声波水表的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 水表的国内外发展现状
    1.3 水表的种类及特点
    1.4 抄表技术的研究现状
    1.5 课题研究内容及方法
2 超声波水表及NB-IoT技术应用的研究
    2.1 超声波流量检测概述
    2.2 超声波换能器的介绍
    2.3 时差法流量检测原理的研究
    2.4 硬件电路时间测量方法的研究
    2.5 NB-IoT技术的研究
    2.6 本章小节
3 超声波水表硬件设计及NB-IoT模块应用
    3.1 系统总体设计方案
    3.2 超声波水表硬件电路整体设计
    3.3 NB-IoT网络接入电路设计
    3.4 本章小结
4 超声波水表及NB-IoT软件设计
    4.1 超声波水表的软件设计
    4.2 NB-IoT网络软件设计
    4.3 本章小结
5 系统整体测试
    5.1 实验平台
    5.2 流量检定测试
    5.3 IoT平台测试联网
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历
致谢
学位论文数据集

(7)基于智能拟合算法的超声波形起振点判定方法研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 气体超声波流量计概述
        1.1.2 时差式超声波流量计概述
        1.1.3 影响时差式气体超声波流量计计量精度的因素
    1.2 超声波渡越时间检测国内外研究现状
        1.2.1 阈值法
        1.2.2 相关法
        1.2.3 数值分析法
        1.2.4 编码激发法
        1.2.5 拟合法
    1.3 课题主要研究内容和论文组织结构
    1.4 本章小结
2 基于人工鱼群和粒子群联合算法的超声波形特征参数判定
    2.1 基于智能算法的超声波形特征参数检测原理
    2.2 人工鱼群和粒子群联合算法
        2.2.1 人工鱼群和粒子群原理
        2.2.2 最佳拟合周期数
        2.2.3 可行解提取策略
    2.3 AFSA-PSO数值验证
        2.3.1 算法评判标准
        2.3.2 算法参数设置
        2.3.3 数值验证结果
    2.4 AFSA-PSO实验验证
        2.4.1 实验系统
        2.4.2 实验结果
    2.5 本章小结
3 含时变频率的超声波接收信号改进模型
    3.1 接收信号频率特征分析
        3.1.1 换能器的阻抗特性
        3.1.2 超声波接收信号的瞬态频率特性分析
    3.2 含时变频率的超声波接收信号改进模型
        3.2.1 瞬时频率求取方法
        3.2.2 含时变频率的信号模型
    3.3 数值仿真
    3.4 本章小结
4 基于增强型相似性判定的快速起振点定位方法
    4.1 SD-FUSO法
        4.1.1 双阈值法问题研究
        4.1.2 超声波形幅值特征研究
        4.1.3 SD-FUSO法原理分析
        4.1.4 难点分析与解决
        4.1.5 数值仿真
    4.2 ESD-FUSO中的编码激发方案
        4.2.1 编码激发方案原理
        4.2.2 系统建模分析
        4.2.3 实验验证
    4.3 ESD-FUSO的实验验证
    4.4 本章小结
5 智能起振点检测算法在时差式气体超声波流量计中的应用与验证
    5.1 智能算法验证方案
        5.1.1 实验方案设计
        5.1.2 实验流程
    5.2 实验系统搭建
        5.2.1 流量实验系统
        5.2.2 温压实验系统
    5.3 实验结果
        5.3.1 流量实验结果
        5.3.2 温压实验结果
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 研究展望
参考文献
攻读博士期间主要研究成果

(8)时差法超声波流量检测技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 超声波流量测量的研究现状与发展趋势
    1.3 论文的研究内容及安排
第2章 超声波流量测量理论及测量结构改进
    2.1 超声波流量测量理论
        2.1.1 超声波传播特性
        2.1.2 时差式超声波流量计基本原理
    2.2 不同流场条件下的流速修正系数
        2.2.1 管内流动状态分类
        2.2.2 理想流场的修正系数研究
        2.2.3 非理想流场及其速度修正的讨论
    2.3 流量管结构改进
        2.3.1 一种新型结构的流量管设计
        2.3.2 新型流量管结构下流量计算表达式
        2.3.3 新型流量管对比传统设计的优势
    2.4 本章小结
第3章 超声波流量测量仪设计
    3.1 超声波流量测量仪的总体结构
    3.2 超声检测卡模块
        3.2.1 超声检测卡模块主要技术指标
        3.2.2 超声检测卡模块选型
    3.3 超声波发射/接收通道切换模块
        3.3.1 超声波发射/接收通道切换的工作原理
        3.3.2 超声波发射/接收通道切换模块的硬件实现
        3.3.3 超声波换能器
    3.4 超声流量检测系统信号流程图
    3.5 上位机流量测量软件系统设计
        3.5.1 声时差测量精度提升算法
        3.5.2 软件功能需求分析
        3.5.3 软件设计说明
        3.5.4 软件界面设计
        3.5.5 超声检测卡参数设置模块
        3.5.6 脉冲波形显示模块
        3.5.7 数据采集模块
        3.5.8 流量计算模块
    3.6 本章小结
第4章 流量测量误差因素分析
    4.1 流量测量误差来源
        4.1.1 流量计算参数引起的函数误差
        4.1.2 流场因素引起的误差
    4.2 各直接测量量误差变化对流量误差变化的影响规律研究
        4.2.1 声时差测量误差的影响
        4.2.2 管道直径测量误差的影响
        4.2.3 静流声速误差的影响
        4.2.4 声程测量误差的影响
    4.3 流场因素对流量测量误差的影响分析
        4.3.1 弯管二次流
        4.3.2 弯管二次流对流量测量误差的影响
    4.4 流量误差修正方法研究
    4.5 本章小结
第5章 时差法超声波流量测量试验研究
    5.1 超声波流量测量仪基本功能与声时差测量原理验证试验
        5.1.1 脉冲激励/接收与采集模块参数设置与显示功能
        5.1.2 声速测量与声时差测量原理验证试验
    5.2 流量测量试验
        5.2.1 流量标定实验
        5.2.2 精度验证试验
    5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢

(9)智能超声波气体流量计的研制(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 国内外超声波流量计的发展及研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 论文的主要创新点
    1.4 本章小结
2 超声波流量计工作原理简介
    2.1 时差法的工作原理
    2.2 渡越时间的测量
        2.2.1 阈值法时间测量
        2.2.2 互相关算法时间测量的传统计算方式
        2.2.3 互相关算法时间测量的改进型计算方法
    2.3 超声波换能器简介
        2.3.1 换能器的参数
        2.3.2 换能器的内部结构简介
        2.3.3 超声波换能器的安装方式
    2.4 本章小结
3 硬件电路设计
    3.1 硬件电路整体框图
    3.2 核心控制芯片的简介
    3.3 时间测量电路
        3.3.1 渡越时间测量芯片的电路设计
        3.3.2 计算芯片的电路设计
    3.4 超声波信号激发电路
    3.5 超声波信号接收处理电路
    3.6 STOP信号处理电路
    3.7 存储模块电路
    3.8 开关选择电路
    3.9 本章小结
4 系统软件设计
    4.1 软件程序整体方案设计
    4.2 主程序设计
    4.3 静态学习功能程序设计
    4.4 劣质信号剔除方法程序设计
    4.5 TDC_GP22时间测量程序设计
    4.6 互相关改进型计算程序设计
    4.7 自适应流体跟踪程序设计
    4.8 动态直线拟合程序设计
    4.9 流量值计算程序设计
    4.10 本章小结
5 样机实验测试
    5.1 互相关改进型算法仿真测试
        5.1.1 互相关算法改进型的仿真
    5.2 流量测试检定装置
    5.3 流量测量
        5.3.1 测量时间数据对比分析
        5.3.2 流量值测量数据分析
        5.3.3 流量值修正
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 课题研究总结
    6.2 课题存在的不足及展望
参考文献
附录 A 智能超声波气体流量计样机测试
作者简介

(10)里运河沿线大中型灌区渠系量水系统研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 灌区量水设施发展历程
        1.2.1 国外发展历程
        1.2.2 国内发展历程
    1.3 灌区量水技术新进展
        1.3.1 特色量水设备
        1.3.2 明渠流量仪表
        1.3.3 自动计量与远传技术
    1.4 研究内容
    1.5 技术路线
2 量水设备的选型与布设
    2.1 特设量水设备的选型
        2.1.1 选型要求
        2.1.2 几种常用的量水设备
        2.1.3 层次分析法对量水设备的比选
    2.2 量水设备的布设
        2.2.1 里运河沿线灌区概况
        2.2.2 高邮灌区概况
        2.2.3 布设一般原则及要求
        2.2.4 量水设备规划布置
    2.3 本章小结
3 数据采集系统的构建
    3.1 远传水表
        3.1.1 水表选型
        3.1.2 水表参数
        3.1.3 水表配置
        3.1.4 水表安装使用
    3.2 下位机软件设计
        3.2.1 单片机选型
        3.2.2 参数配置
    3.3 SQL数据库
        3.3.1 SQL数据库选取
        3.3.2 SQL数据库构建
    3.4 本章小结
4 客户端管理系统的开发
    4.1 系统开发目标及原则
        4.1.1 系统开发目标
        4.1.2 系统开发原则
    4.2 系统开发应用环境
        4.2.1 Delphi编程语言
        4.2.2 ADO组件介绍
    4.3 程序功能实现
        4.3.1 用户登录模块
        4.3.2 系统主界面
        4.3.3 南关干渠模块
        4.3.4 历史数据模块
        4.3.5 用水量统计模块
        4.3.6 灌溉水利用系数分析模块
        4.3.7 修改密码模块
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 成果总结
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

四、新型智能超声波流量仪的研制开发(论文参考文献)

  • [1]基于PVDF智能超声波换能器的研究[D]. 王志强. 中北大学, 2021(09)
  • [2]超声波流量测量技术及精度补偿方法研究[D]. 朱义德. 中北大学, 2021(09)
  • [3]多相流频差法流量测量技术研究[D]. 王成云. 西安石油大学, 2021(09)
  • [4]基于物联网的高精度超声波气体流量监测系统设计[D]. 郑高原. 常州大学, 2021(01)
  • [5]回波信号的处理方法及其在远程工业流量计中的应用研究[D]. 王祺. 兰州交通大学, 2021(02)
  • [6]基于NB-IoT技术的超声波水表的研究[D]. 刘超. 山东科技大学, 2019(05)
  • [7]基于智能拟合算法的超声波形起振点判定方法研究[D]. 方泽华. 浙江大学, 2018(07)
  • [8]时差法超声波流量检测技术研究[D]. 宋炜. 北京理工大学, 2018(07)
  • [9]智能超声波气体流量计的研制[D]. 杨奉利. 中国计量大学, 2018(01)
  • [10]里运河沿线大中型灌区渠系量水系统研究[D]. 杨春蕾. 扬州大学, 2017(07)

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新型智能超声波流量计的研发
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