基于静水拖曳法的超声测流装置时间差测量能力评价方法研究

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作者 沈佳明 刘源 +2 位作者 张柯 胡鹤鸣 谢代梁 《计量学报》 北大核心 2025年第5期681-686,共6页

针对大口径超声测流装置时间差难以实现溯源的问题,提出了一套基于静水拖曳法的测量能力评价方案。从超声测流的原理出发,建立了超声传播时间差与流速量值之间的转换模型,并研制了基于静水拖曳法的实验测试装置和溯源路径,对转换模型进... 针对大口径超声测流装置时间差难以实现溯源的问题,提出了一套基于静水拖曳法的测量能力评价方案。从超声测流的原理出发,建立了超声传播时间差与流速量值之间的转换模型,并研制了基于静水拖曳法的实验测试装置和溯源路径,对转换模型进行了验证。通过6组传感器的实验测试结果,表明该测量能力评价方案具有可行性,由时间差测量引入的标准不确定度为0.26~0.49 ns。 展开更多

关键词 流量计量 超声测流装置 时间差 溯源 静水拖曳法 不确定度

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超声速差法平面叶栅流场试验和数值研究

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作者 俞天阳 张世玮 +3 位作者 却依飞 马良 田昌 苏明旭 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期652-658,I0018,共8页

针对平面叶栅狭小通道中流场非接触测量难题,提出一种基于超声速差原理的二维流场测量方法。设计一种2×4超声波斜、平口换能器组合阵列,研制一套多通道超声法测量和气流速度场重建系统。开展平面叶栅流场测量试验,成功获取了3种不... 针对平面叶栅狭小通道中流场非接触测量难题,提出一种基于超声速差原理的二维流场测量方法。设计一种2×4超声波斜、平口换能器组合阵列,研制一套多通道超声法测量和气流速度场重建系统。开展平面叶栅流场测量试验,成功获取了3种不同进口速度条件下流道二维速度场。利用COMSOL Multiphysics中CFD模块同步开展叶栅流场数值模拟,并与试验结果对比。结果表明:超声测量与数值模拟结果较为接近,速度大小和偏转角误差均在5%以内,较好地反映叶栅通道的流动特点。提出的超声测量技术有望进一步用于高马赫数流场研究。 展开更多

关键词 二维超声阵列 速差法 平面叶栅 流场测量 数值模拟

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高精度超声风速测量系统设计与实现 被引量：18

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作者 丁向辉 李平 孟晓辉 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2011年第2期41-44,共4页

时差法是超声风速风向测量系统的基本方法。文中首先对影响时差法测量精度的因素进行分析,针对这些影响因素,在超声换能器设计、阵型设计、电路系统设计和信号处理算法等方面提出了提高系统精度的设计方案,并制成样机。实验测试表明,文... 时差法是超声风速风向测量系统的基本方法。文中首先对影响时差法测量精度的因素进行分析,针对这些影响因素,在超声换能器设计、阵型设计、电路系统设计和信号处理算法等方面提出了提高系统精度的设计方案,并制成样机。实验测试表明,文中所实现的系统已经基本达到国际尖端产品的测量精度,且具有体积小、可靠性高等优点,具有很高的实际应用价值。 展开更多

关键词 时差法 超声风速仪 高精度

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超声波流量测量中流速计算方法的对比 被引量：13

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作者 于洋 宗光华 丁凤林 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期37-41,共5页

超声波流量计(UFM,Ultrasonic Flow Meter)通过测量管路中顺流和逆流方向的超声波传播时间变化计算流速,因此超声波传播时间的准确测量对流量计的精度影响至关重要.对超声波流量计的测量方法进行研究,从环境温度的变化、时间测量的准确... 超声波流量计(UFM,Ultrasonic Flow Meter)通过测量管路中顺流和逆流方向的超声波传播时间变化计算流速,因此超声波传播时间的准确测量对流量计的精度影响至关重要.对超声波流量计的测量方法进行研究,从环境温度的变化、时间测量的准确性、不确定度的计算3个方面,对比超声波传播时间差法和频率差法对流量测量精度的影响.通过超声波流量测量实验,验证了在流量计未校准的情况下,与频率差法相比,时间差法的测量精度更高,且其校准系数曲线的线性度更好,校准后可在全流量范围内获得更高的测量精度. 展开更多

关键词 超声波流量计 流量测量 时间差法 频率差法

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基于ARM的超声波风速测量系统 被引量：17

5

作者 金晶 唐慧强 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2009年第6期101-102,106,共3页

介绍了超声波时差法风速测量的基本原理,以及基于ARM微控制器的风速测量系统的实现方法。给出了以LPC2131芯片为核心的硬件设计的总体框图。详细地阐述了放大滤波电路、外围接口电路的设计,以及超声波风速测量系统的软件设计。系统具有... 介绍了超声波时差法风速测量的基本原理,以及基于ARM微控制器的风速测量系统的实现方法。给出了以LPC2131芯片为核心的硬件设计的总体框图。详细地阐述了放大滤波电路、外围接口电路的设计,以及超声波风速测量系统的软件设计。系统具有结构简单、精度高、功耗低和扩展方便等特点。 展开更多

关键词 ARM微控制器 超声波 时差法 风速测量

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精确的互相关算法在超声波流速测量中的应用 被引量：10

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作者 王萍 万柏坤 程烨 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第9期107-108,112,共3页

互相关算法能够比较准确地计算出声波在流速正反2个方向上的传播时间,进而得出时间差,并根据时间差求出流体的流速。但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... 互相关算法能够比较准确地计算出声波在流速正反2个方向上的传播时间,进而得出时间差,并根据时间差求出流体的流速。但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的,找到一种更简便的计算方法是解决问题的关键。在离散的互相关函数峰值附近,利用抛物线算法可以得出更精确的互相关函数峰值。这种方法允许采样间隔较大,计算时间可大幅度缩短,使同一测量精度的计算时间从3.7 s缩短到0.9 s左右。 展开更多

关键词 互相关函数 单片机 超声波时差法 抛物线算法 流速测量

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单声道超声水表测量特性分段校正方法的研究 被引量：4

7

作者 姚灵 王让定 +1 位作者 左富强 罗永 《计量学报》 CSCD 北大核心 2013年第5期441-445,共5页

当管道内流体处于不同雷诺数测量条件时，超声水表的线平均流速vL与面平均流速vs之间存在着显著的非线性。根据管道内被测流体介质流动分布状态不同，提出了一种分段流量测量特性校正新方法，在其I临界处设立校正分界点，当层流时，采... 当管道内流体处于不同雷诺数测量条件时，超声水表的线平均流速vL与面平均流速vs之间存在着显著的非线性。根据管道内被测流体介质流动分布状态不同，提出了一种分段流量测量特性校正新方法，在其I临界处设立校正分界点，当层流时，采用常系数校正；湍流与过渡流时，分别采用拟合直线方程校正。经实验验证，该方法是可行的。 展开更多

关键词 计量学 超声水表 测量特性校正方法 传播时间差法 雷诺数

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基于三维超声波阵列的风电场风力瞬变特性测量研究 被引量：8

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作者 周封 李翠 王晨光 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2012年第13期127-134,共8页

风能资源评估和风电功率预测等除需要平均风速数据外,还需要对风力的瞬变特性进行准确的测量和分析。分析了风力瞬变特性对风电场的影响,为能够准确测量垂直切变、湍流等风力的瞬变特性,提出利用三对超声波换能器构成三维阵列的风力瞬... 风能资源评估和风电功率预测等除需要平均风速数据外,还需要对风力的瞬变特性进行准确的测量和分析。分析了风力瞬变特性对风电场的影响,为能够准确测量垂直切变、湍流等风力的瞬变特性,提出利用三对超声波换能器构成三维阵列的风力瞬变特性测量方法。采用时差法,通过设计超声波换能器阵型排布及各部分电路,建立风力参数计算模型;在准确测量传统的风速和风向参数基础上,进一步实现了实时的风力瞬变参数特性测量。采用该方法进行了三个测风塔的长期连续风力特性数据采集,据此研究了风切变和湍流对风电场的影响,进而为风电机组选型和风电场选址提供依据。 展开更多

关键词 超声波风速仪 三维风速风向测量 时差法 风切变 湍流

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基于超声波多普勒效应的管道流速测量的研究 被引量：5

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作者 范寒柏 左保收 +1 位作者 贾少栓 陶丹 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2016年第4期101-104,共4页

时差法作为一种传统的测流原理,由于存在安装难度大、机械制造精度要求高和时间截取准确度要求高等因素,造成时差法测流存在一些不确定性,可能无法实时准确地反映水层的瞬时流速。针对上述问题,运用超声波多普勒效应,即水层与流速仪存... 时差法作为一种传统的测流原理,由于存在安装难度大、机械制造精度要求高和时间截取准确度要求高等因素,造成时差法测流存在一些不确定性,可能无法实时准确地反映水层的瞬时流速。针对上述问题,运用超声波多普勒效应,即水层与流速仪存在相对运动时,声波的反射信号将产生相应的多普勒频偏,研究并设计了一套完整的以STM32F407VGT6为核心处理芯片的超声波发射电路和微弱超声波信号接收处理电路,介绍了基于复调制的Zoom FFT的基本原理,同时成功地运用到了管道流速测量的算法当中,并取得了良好的测试效果。 展开更多

关键词 时差法 超声波 多普勒效应 频移 复调制 流速测量

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多通道超声波气体流量计的研制 被引量：2

10

作者 吴志敏 苏满红 钟江生 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2014年第6期30-32,36,共4页

文中针对大管径管道气体流量测量的高精度要求,采用可编程片上系统作为核心电路架构设计了一种多通道超声波气体流量计,将嵌入式处理器、数字逻辑控制、数字信号处理及人机交互控制等功能模块集中嵌入到单一的可编程逻辑器件(FPGA)芯片... 文中针对大管径管道气体流量测量的高精度要求,采用可编程片上系统作为核心电路架构设计了一种多通道超声波气体流量计,将嵌入式处理器、数字逻辑控制、数字信号处理及人机交互控制等功能模块集中嵌入到单一的可编程逻辑器件(FPGA)芯片中,利用相关时差法提高超声波通道实时流速测量分辨率,并通过多通道流量模型修正和温度、压力补偿获得较高的流量测量精度和稳定性。所设计仪表功耗低、可移植性好,可用触摸屏设置参数及显示测量状态和结果,并具有故障报警提示和网络远程监控功能。 展开更多

关键词 超声波气体流量计 时差测量 可编程片上系统 相关法

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超声水流量检测换能器使用特性及评价指标研究 被引量：5

11

作者 姚灵 王让定 +1 位作者 左富强 王欣欣 《计量学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期151-156,共6页

超声水流量检测换能器的评价指标是反映其使用特性的一个重要方面。对换能器评价指标、评价指标试验方法及试验装置等进行了系统研究；采用自主研发的全性能试验装置对超声水流量检测换能器进行了性能和影响量试验，为换能器的筛选、配... 超声水流量检测换能器的评价指标是反映其使用特性的一个重要方面。对换能器评价指标、评价指标试验方法及试验装置等进行了系统研究；采用自主研发的全性能试验装置对超声水流量检测换能器进行了性能和影响量试验，为换能器的筛选、配对和质量控制提供了有效的方法和手段。 展开更多

关键词 计量学 超声时差测量法 超声水流量检测换能器 检测换能器性能试验

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超声波热量表流量计算的新方法 被引量：1

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作者 吴叶兰 赵瑾 +1 位作者 黄亚楠 陈红军 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2014年第12期31-32,74,共3页

在时差法超声波热量表的流量测量中,针对传统测量方法存在计算量大、测量复杂等问题,在线性回归算法和分段插值算法的基础上研究了一种新的计算流量的方法,实现了由时间差到流量值的直接计算,避免了流体分布不均和温度变化对流量测量精... 在时差法超声波热量表的流量测量中,针对传统测量方法存在计算量大、测量复杂等问题,在线性回归算法和分段插值算法的基础上研究了一种新的计算流量的方法,实现了由时间差到流量值的直接计算,避免了流体分布不均和温度变化对流量测量精度的影响,使流量测量结果更接近真实值,提高了系统的稳定性和可靠性,对流量的精确测量具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 时差法 超声波热量表 流量计算 线性回归 分段插值

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TDC-GP21在时差法超声波流量计中的应用 被引量：14

13

作者 邵慧 《现代电子技术》 2012年第12期134-136,共3页

为了使超声波流量计的精度范围能达到±0.5%,研究了时差法超声波的测量原理,分析了实现高精度测量的设计方法。介绍了系统的工作过程和硬件组成,详细阐述了测时芯片高速时间数字转换器TDC-GP21(Time-to-Digital-Con-verter)的结构... 为了使超声波流量计的精度范围能达到±0.5%,研究了时差法超声波的测量原理,分析了实现高精度测量的设计方法。介绍了系统的工作过程和硬件组成,详细阐述了测时芯片高速时间数字转换器TDC-GP21(Time-to-Digital-Con-verter)的结构和功能原理,以及其在超声波流量计时间测量模块中系统硬件部分的实现。采用TDC-GP21,ARM微处理器、超声波收发电路等硬件架构,实现了高精度测量超声波顺流和逆流传播时间差。实验结果和精度分析表明,研制的超声波流量计符合设计要求,并为超声波流量计的高精度和低功耗设计提供了一个参考。 展开更多

关键词 TDC-GP21 时间测量 时差法 超声波流量计

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基于MSP430F147的时差法超声波流量测量系统的研究 被引量：1

14

作者 李虹 田茸 胡钢墩 《现代电子技术》 北大核心 2015年第23期98-101,105,共5页

结合时差法超声波流量测量原理,研究了一种基于超低功耗16位单片机MSP430F147的时差法超声波流量测量系统。首先介绍了时差法超声波流量测量的基本原理,然后着重讨论了超声波流量测量系统的硬件组成,最后简要介绍了该系统的软件设计。... 结合时差法超声波流量测量原理,研究了一种基于超低功耗16位单片机MSP430F147的时差法超声波流量测量系统。首先介绍了时差法超声波流量测量的基本原理,然后着重讨论了超声波流量测量系统的硬件组成,最后简要介绍了该系统的软件设计。实践表明,该流量测量系统具有功耗低、功能较齐全、可靠性强等特点。 展开更多

关键词 MSP430F147单片机 时差法 超声波流量测量 TDC-GP21

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超声相位差法测量杨氏模量 被引量：5

15

作者 郭启凯 郭敏强 +2 位作者 李超 张亚萍 闫向宏 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2013年第2期41-43,共3页

传统的拉伸法测量杨氏模量存在着自动化程度不高、耗时较长等弊端,为了提高实验效率,运用超声波相位法测距原理,提出了一种新颖的超声相位差法测量杨氏模量的方法。该方法以自制的超声相位差测距仪为基础,搭配一套收发换能器,对钢丝进... 传统的拉伸法测量杨氏模量存在着自动化程度不高、耗时较长等弊端,为了提高实验效率,运用超声波相位法测距原理,提出了一种新颖的超声相位差法测量杨氏模量的方法。该方法以自制的超声相位差测距仪为基础,搭配一套收发换能器,对钢丝进行了测量。结果表明:超声相位差法测量杨氏模量的测量精确度较高、可操作性强、自动化程度高,具有较好的应用前景。 展开更多

关键词 杨氏模量 超声相位差法 测距 DSP芯片

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管道传输气体超声波流量计的新设计方法 被引量：8

16

作者 董雅琳 裴小静 +1 位作者 刘涛 仲崇权 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第12期2210-2218,共9页

采用超声波技术检测工业管道流量是一种新发展的流量测量方法,由于超声波在气体中传播衰减较大,易受到环境的干扰,现有的超声波检测方法难以保证测量精度。基于时差法测量原理,提出了一个新的X型超声波气体传感器设计方案,通过使用三阈... 采用超声波技术检测工业管道流量是一种新发展的流量测量方法,由于超声波在气体中传播衰减较大,易受到环境的干扰,现有的超声波检测方法难以保证测量精度。基于时差法测量原理,提出了一个新的X型超声波气体传感器设计方案,通过使用三阈值电路对接收到的超声波信号进行检测点校正,可降低由超声波缺波与陷波造成的测量误差,从而提高测量精度。采用小波阈值滤波方法对测量得到的超声波飞行时间进行数字滤波,以提高抗噪和检测信号稳定性。并且给出一个MALLAT快速算法以实现小波分析在单片机上实时应用。通过在一个组装的单片机实时检测装置上进行气体流量测试,有效地验证了所提出的设计方法的准确性和可靠性。 展开更多

关键词 气体超声波流量计 超声波检测 时差法测量 三阈值比较法 小波分析

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高精度矿用超声波风速测量仪设计 被引量：9

17

作者 李秉芮 刘娜 井上雅弘 《工矿自动化》 北大核心 2022年第2期119-124,共6页

针对现有风速测量仪的最低测量风速不能满足矿井低风速条件下精准测风需要的问题,基于超声波时差法风速测量原理,设计了一种具有低启动风速的高精度矿用超声波风速测量仪。采用2个超声波发射探头和2个接收探头交错设置,形成2个超声波传... 针对现有风速测量仪的最低测量风速不能满足矿井低风速条件下精准测风需要的问题,基于超声波时差法风速测量原理,设计了一种具有低启动风速的高精度矿用超声波风速测量仪。采用2个超声波发射探头和2个接收探头交错设置,形成2个超声波传播通路,分别测定超声波在特定风速场中的顺风和逆风传播时间,利用超声波在空气中的传播速度与风流速度的叠加效应,求解发射和接收探头间的平均风速(温度对风速测量的影响可以忽略不计)。为分析超声波探头方向对测量准确性与可靠性的影响,采用4种不同探头布置方式进行实验,结果表明,超声波探头方向错位越严重,风速标准差和波动范围越大,因此,采用红外定向装置校准风速测量仪安装位置,以减小超声波探头方向错位引起的测量误差。选用滑动平均法对原始风速波形曲线进行平滑处理,以消除随机噪声,提高输出风速的稳定性。通过分析测量精度影响因素,确定超声波发射频率为40 kHz,待机时间为100 ms。理论计算和实验结果表明:该风速测量仪的分辨率为0.01 m/s,测量误差为±0.1 m/s,启动风速低于0.1 m/s,可以满足矿井低风速巷道的精准测风要求。 展开更多

关键词 矿井通风 风速测量 超声波时差法 低启动风速 红外定向装置 超声波探头

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超声波时差法检测技术在煤矿风速测量中的应用 被引量：10

18

作者 周川云 黄强 +1 位作者 张明明 张远征 《矿业安全与环保》 北大核心 2018年第3期42-45,50,共5页

针对在煤矿高湿、高粉尘复杂环境下,现有矿用风速检测技术难以高精度测量低风速的情况,为实现对煤矿巷道风速0~0.3 m/s区间的高精度测量,克服传感器安装角度对风速测量精度的影响,提出将超声波时差法测风原理应用于煤矿风速测量的新方... 针对在煤矿高湿、高粉尘复杂环境下,现有矿用风速检测技术难以高精度测量低风速的情况,为实现对煤矿巷道风速0~0.3 m/s区间的高精度测量,克服传感器安装角度对风速测量精度的影响,提出将超声波时差法测风原理应用于煤矿风速测量的新方案。介绍了一种新型超声波传输时间精密测量算法,并优化了超声波立面对射探头结构和低功耗驱动方法。实验结果表明:该超声波时差法检测系统实现了对煤矿风速0~15.0 m/s的高精度测量,能够较好地满足煤矿使用要求,具有良好的经济效益。 展开更多

关键词 超声波时差法 传输时间 精密测量 巷道风速 低风速 插补细分

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基于TDC7200的高精度超声波流量计研究 被引量：4

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作者 白兴都 周新志 《电子测量技术》 2018年第2期110-114,共5页

超声波流量计有非接触、安装方便等优点,在国民生产中有着广泛的应用,设计了一种基于TDC7200的时差法超声波流量计。系统选用高精度的时间测量芯片TDC7200为核心,以STM32FB407为控制芯片,用模拟前端TDC1000芯片替代了以往超声波流量计... 超声波流量计有非接触、安装方便等优点,在国民生产中有着广泛的应用,设计了一种基于TDC7200的时差法超声波流量计。系统选用高精度的时间测量芯片TDC7200为核心,以STM32FB407为控制芯片,用模拟前端TDC1000芯片替代了以往超声波流量计的模拟电路,将对流量的测量转换为对时间的测量,实现时间测量精度可达ps量级。分析了时差法超声波流量计的测量原理,介绍了TDC7200芯片的详细信息,阐述了超声波流量计的硬件结构和软件设计,完成了流量计的初步测试工作。设计的流量计在实测环境中体现出了较高的精度,静态水流中顺流和逆流时间差很平稳,标准差达到0.179 ns。 展开更多

关键词 超声波流量计 时差法 TDC7200 时间测量

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超声波峰谷拟合方法及平面叶栅通道二维流速测量 被引量：1

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作者 却依飞 俞天阳 +2 位作者 张世玮 马良 苏明旭 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期729-734,共6页

为准确获取复杂二维流场中超声传播的时差信息,研究了超声波峰和波谷幅值多项式拟合确定回波特征点的信号处理方法,应用于一维和二维流速测量。研制了多通道超声测速装置,在0~40 m/s流速范围内采集一维流动超声信号,使用峰谷拟合法获得... 为准确获取复杂二维流场中超声传播的时差信息,研究了超声波峰和波谷幅值多项式拟合确定回波特征点的信号处理方法,应用于一维和二维流速测量。研制了多通道超声测速装置,在0~40 m/s流速范围内采集一维流动超声信号,使用峰谷拟合法获得流速,其与毕托管流速测量结果的最大相对误差较波峰拟合法减小了0.72%。提出了以对角换能器时差计算二维流速的方法,开展了平面叶栅流道内二维流速测量实验。在多工况下测量的流速与三孔探针的实验结果相对误差均小于3.16%,较好地反映不同进口流速条件下由流道截面变化和叶片弯曲引起的测点处流速大小和方向变化趋势。 展开更多

关键词 计量学 二维流速测量 超声波峰谷拟合法 时差法 平面叶栅

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