基于光纤布拉格光栅的涡街流量传感技术研究

流量是科学研究及工业生产中的一项重要参数。在众多流量测量仪表中,涡街流量计是一种常用类型。由于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)具有灵敏度高、体积小和抗电磁干扰强等特点,基于FBG的涡街流量传感技术具有重要研究意义。概述了FBG涡街流量传感机理,分析了涡街发生体下游的流体状态与升力变化。从已有研究成果入手,分析提炼了基本型涡街发生体作用下的旋涡属性、涡街信号处理、消除管道振动和小流量测量四个关键性问题。最后,总结并展望了该项技术利用光学方法抑制干扰信号、小口径管道涡街流量测量和FBG传感封装与增敏三个方面,还提出了未来可能发展的研究方向,以期发展新型涡街流量计。

涡街流量传感器压电探头位置试验研究

以往对涡街流量传感器的研究主要集中在旋涡发生体形状设计、信号检测方式以及信号处理方法上,而对压电探头位置的研究未见报道。本文首先通过在水槽、风洞中试验,揭示了压电探头位置与涡街信号频率、幅值存在着密切联系,不同宽度的旋涡发生体,最强信号出现的位置也不同。在此基础上,研究管道中涡街流量传感器压电探头在不同位置时的信号变化规律,分析解释了二维、三维涡街流场的差异,最终确定了涡街流量传感器中压电探头的最佳位置应在距发生体尾部等于发生体宽度处。通过在DN100和DN50水、气流量标准装置上的试验,验证了此结论的正确性,传感器的线性度和重复性均有所改善。

风洞中涡街流量传感器压电探头位置的试验分析

涡街流量传感器在测量小流量时由于信号微弱而不易检测,为解决这一问题从而扩展其测量下限,从传感器设计入手,研究在二维流场中压电探头与旋涡发生体的位置关系,找到适合信号检测的最佳位置.通过在三元回流式风洞中试验,利用热线测速以及压电探头测压得到发生体下游不同位置处的速度和压力信号,分析了信号强度、信噪比、小波系数和小波能量随检测位置的变化规律,最终给出了风洞中3种尺寸旋涡发生体下游的最佳检测位置:宽度14 mm发生体的最佳检测区域为距发生体50～75 mm,宽度22.5 mm发生体的最佳位置在100～150 mm,宽度28 mm发生体的最佳位置在150～200 mm.根据试验结果提出了估算最佳位置的公式,即最佳检测位置与发生体距离为涡街波长的二分之一.试验的分析方法和结论具有普适性,可推广到管道三维涡街流场中探头位置的研究.

电磁式涡街流量传感器的研究

描述了电磁式涡街流量传感器的结构和工作原理，介绍了用电磁法测量旋涡分离频率的主要特点，并给出了40mm口径传感器的实验结果。

涡街流量传感器信号处理方法研究

设计一种基于变增益运算放大器和DSP数字信号处理单元的新型涡街流量计信号处理电路。利用DSP上集成的模拟数字转换电路(A/D)实时检测涡街流量计传感器输出信号的幅度和频率,采用数字模拟转换电路(D/A)对变增益运放进行控制,控制传感器输出信号幅度的相对稳定。针对涡街流量计输出信号的频率特性,设计基于DSP的FIR滤波算法,实现输出信号噪声的初步抑制,削弱原始信号中强噪声干扰。滤波后信号由DSP进行频率信息的精确计算以及流量的解算。实验结果表明,变增益运算放大电路有效解决了涡街流量计传感器输出信号幅度变化范围大而造成的放大电路复杂,分段放大信号幅度不连续等问题;采用DSP进行数字滤波及频率计算,实现了信号中噪声的抑制以及高精度流量解算。

基于Hilbert-Huang变换的涡街信号处理方法

利用HilbertHuang变换(HHT)的固有模态分解特性,提出了一种涡街信号频率估计的新方法.采用压电传感器进行涡街信号的检测,通过分析信号经过固有模态分解后的时频特性,获得了不同模态所代表的噪声信号成分和实际涡街信号成分.模态中的一部分表示了信号中的噪声,而剩下的部分模态真实反映了信号的频率成分.在仿真的基础上,获得了去除噪声的部分模态瞬时频率与涡街频率的关系.研究结果表明,基于HHT的涡街频率估计方法,可以精确估计涡街信号频率并提高涡街流量计的抗干扰能力.该方法计算量小,能够满足涡街流量计在实际工程应用中的要求.

基于混沌理论的涡街微弱信号检测方法研究

针对涡街流量传感器在小口径、低流速下信号微弱,易被强噪声淹没而难于提取的特点,提出了利用Duffing振子检测微弱信号的方法.通过仿真对涡街信号中含有白噪声以及谐波干扰的情况进行分析,仿真和实验均表明:这种基于混沌理论的微弱信号检测方法对涡街信号中较强的白噪声以及频差较大的谐波干扰具有很好的免疫力,并且通过计算最大Lya-punov指数的波动频率能够准确估计出涡街有用信号频率,实现低流速下涡街微弱信号检测.

涡街流量计信号处理方法与实现

设计一种基于变增益运算放大器和带通开关电容滤波器的新型涡街流量计信号处理电路.单片机利用模拟数字转换电路(A/D)实时检测涡街流量计传感器输出信号的幅度和频率,同时利用数字模拟转换电路(D/A)对变增益运放进行控制,为后续的信号检测电路提供幅度相对稳定的有效信号.带通开关电容滤波器在单片机的控制下实时跟踪变增益运放输出的信号频率,保证带通滤波器的中心频率接近信号频率,以达到良好的滤波效果.滤波后信号通过单片机进行频率信息的精确计算以及流量的解算.实验结果表明,变增益运算放大电路有效解决了涡街流量计传感器输出信号幅度变化范围大而造成的放大电路复杂,分段放大信号幅度不连续等问题;带通滤波器通过单片机实时调整中心频率,对信号中各种干扰起到较好滤波效果.

深孔电解加工中采用电涡流在线检测的研究

鉴于深孔电解加工大电流、高流速的特点，通过对几种在线检测方法的分析，提出将电涡流传感器作为深孔电解加工在线检测的测试元件．根据加工对象间隙的变化范围设计了阴极、测试电路．初步调试表明。

差压式涡街质量流量计取压位置的研究

在涡街流量计中,流体通过涡街发生体后会产生压力损失及由旋涡引起的压力波动,根据这一特点,本文提出利用差压检测技术,通过单路差压传感器同时感受由涡街发生体引起的流体双重变化特性,测量流体质量流量的新方法。本文重点对差压检测取压位置进行研究,利用空气和水两种流体介质进行了一系列实验,得到不同取压位置的差压信号与流量关系,确定了能正确测量质量流量的差压取压位置。结果表明,该测量方法结构简单,是测量质量流量的有效方法。

涡街流量计旋涡上举力系数的研究

在涡街流量计中,频率感测元件是其核心部件,旋涡上举力的大小直接影响到感测元件的灵敏度。本文通过实验与研究给出了比较准确的举力系数,为感测元件的设计提供了依据。

压电式与差压式涡街流量计测量性能比较

为了优化涡街流量计的测量,在对比实验的基础上比较了压电式和差压式旋涡频率检测方法对涡街流量计测量性能的影响,分析了这两种方法在旋涡频率测量、信号幅度和抗干扰性三个方面的差异。研究结果表明,采用压电式和差压式两种方法测量的流量值接近,两者仪表系数的相对误差为0.3%;压电式的输出信号与被测流量的耦合关系更紧密,其幅度随着流量的增大成近似二次方增长,而差压式输出信号的幅度在被测流量超过一定值时会出现由差压检测系统的动态响应限制引起的失真;压电式对于管道振动十分敏感,而在一定范围内差压式的输出信号几乎不受管道振动干扰的影响。

涡街流量传感器在二维和三维流场中特性之比较

涡街流量传感器中的涡街现象存在于三维管道中,其信号特性表现出与二维情况较大的差异.研究这种差异对于涡街流量传感器的设计以及三维建模具有十分重要的意义.通过在近似二维流场(水槽中)以及三维流场(管道中)的实验,发现管道中的涡街频率比水槽中高出至少1倍,且最强信号出现的位置比水槽中更靠近旋涡发生体,由此引发了对二维、三维涡街流场特征的研究.通过数值仿真,揭示了造成差异的原因是管壁的约束作用以及涡管的扭曲,同时对涡街流场的速度分布等特征进行了分析.

单片机AT89C51在大气漩涡和流量测量中的应用

大气流过涡街传感器时，在传感器中形成一系列的漩涡。其速率与大气流量密切相关。本文介绍大气漩涡的脉冲转换原理及其转换电路，并介绍利用单片机AT89C51对漩涡速率及大气流量的测量法。

PNC型压电式高温涡街流量传感器

高温涡街流量传感器是根据卡门涡街理论,采用高温压电陶瓷制成的敏感器件,本传感器使用PNC型改性偏铌酸铅高温压电陶瓷。这种陶瓷的主要参数为Tc 562[℃]、Kt 0.14、d_(33) 76[pc/N]、ε_(33)~T/ε_o^v220。文章给出了主要压电参数的温度特性和PNC型高温涡街流量传感器的实测参数及主要技术性能。

影响涡街流量计测量准确度的几个因素

涡街流量计是生产中测量流量的重要工具之一。文章简述了涡街流量计的测量原理、基本结构,详细分析了影响涡街流量计测量准确度的选型、安装、温度压力补偿、旋涡发生体迎流面堆积、配管内径与流量计内径不一致等因素,并提出了解决影响测量精度的具体方案。

电容式涡街流量传感器的环形转换电路研究

探讨了差动电容环形转换电路的机理,指出输入信号的不平衡将导致一个新的平衡过程,在最终的稳定状态中,流过跨接电容两端的充放电电荷始终趋于动态地保持相同.根据这一理论建立起一个关于输入输出的通用方程,并得到实验数据的支持.由方程导出其电压输出的简洁公式,用以定量分析电容式涡街传感器的信号转换过程,这对于优化电路设计具有重要指导意义.分析表明,涡街的环形电路输出信号只是在输入的高频载波上迭加了一个幅度正比于激励的低频交变信号;高品质振荡电路能有效提高信噪比,而最简便的方法是利用MCU晶振产生的信号直接作为环形电路的激励,在保证激励信号的幅度的基础上,电源电压降低到原来的1/2;激励源电流降低了一个数量级,同时具有稳定性,这对于变送器的智能化和微功耗化的实现起到关键作用.

轿车用卡门旋涡空气流量计

为提高轿车燃油经济性、动力性以及排放清洁性,必须严格控制发动机电控燃油喷射系统混合气的空燃比,则必须对进气流量进行测量。本文介绍了一种卡门式涡流空气流量计进气阻力小、体积小、重量轻、反应灵敏、压力损失低、脉动气流测量精度高。

切向炉内多组小屏尾部分离涡的研究

利用IFA30 0恒温式热线风速仪 ,首次使用三维可移坐标架给六线涡量探针定位 ,并用伺服电机驱动其固定座 ,采用条件采样技术测量了引进型切向燃烧煤粉炉内多组小屏尾部的涡量场。将多组小屏比拟为薄板机翼 ,研究了由于上升气流螺旋形流动和绕流过薄板翼的复合结果 ,在多组小屏尾部形成的分离涡 ,确定了分离涡的大小。研究发现 :分隔屏 (前屏 )区尾部 ,炉膛右半部分有明显的分离涡 ,并且有些分离涡伴有方向相反的另一涡出现。速度场和涡量场的测量结果表明 :右侧墙附近 ,不仅流速高 ,而且涡度大 ,为研究炉内煤粉燃烧及NOx

基于冲突理论的涡街流量计传感器耐受温度提高的方法研究

随着节能减排在发电厂、钢厂等高耗能企业的实施,对其产生的过热蒸汽测量尤为重要。涡街流量计传感器检测感应元件为压电陶瓷,由于其极化时居里温度的限制,只能在低于240℃介质中使用。为了提高传感器耐受温度,利用技术冲突以及物理冲突理论,建立传感器系统功能模型,然后进行因果分析,确定冲突区域,在此基础上,确定多个创新方案,通过对比确定最优解。