Анализ особенностей обработки сигналов ультразвуковых расходомеров с линейно-частотно модулированным излучением

Abstract

Проведен анализ и показана возможность использования ЛЧМ сигналов и гетеродинной схемы приема в УЗ ЛЧМ накладных время-пролетных расходомерах. Показано, что при измерениях расхода по разностям задержек в рамках рассмотренной модели в качестве информационного параметра может быть использована полная фаза сигналов биений (зависимость фазы сигнала от времени). Для данного случая построена модель сигнала биений. Проведен анализ предложенных в литературе, в том числе нами, алгоритмов в классе гладких центральных конечно-разностных оценок и их экспериментальное исследование в рамках поставленной задачи. Полученные результаты подтверждают эффективность рассмотренных методов измерения разностей задержек на практике. Рассмотренные методы позволяют быть реализованными на базе современных микроконтроллеров и при этом являются статистически эффективными в рамках рассмотренной задачи. Результаты проведенной работы доказывают эффективность использования рассмотренной модели сигналов и методов оценки их параметров в задачах измерений расхода при помощи ультразвуковых накладных ЛЧМ расходомеров.

The paper deals with the analysis of features of frequency-modulated continuous-wave (FMCW) signals and heterodyne scheme of receiving in ultrasonic clamp-on time-of-flight flowmeters It is demonstrated that the full phase of time relation may be applied as the information parameter in the case of measuring the time delay difference in the considered task. The model of beat signal for this task is proposed. The carried on analysis of existed (including those proposed by authors) algorithms in the class of smooth centroid finite-difference estimators for the task. The attained results prove the effectiveness of the studied methods of measuring the time delay difference in practice. The studied algorithms may be implemented on the base of modern microcontrollers with relatively low computation complexity, being statistically effective within the considered task. The results of the work prove the advantages of the proposed approach for the ultrasonic clamp-on flow measurements.