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数字信号处理技术在多普勒流量计中的应用研究

刘宇

  本课题是西安博兰特水电测控研究所与西安理工大学电子工程系合作的一个研究性课题。其目的主要是探讨从系统上提高多普勒流量计性能的方法,并根据此方法设计出一个多普勒流量计系统,完成基本的测量功能。为多普勒流量计新一代的产品开发奠定一定的研究基础。目前国外,包括多普勒流量计在内的各种仪器大量的采用数字信号处理技术,在很大程度上提高了仪器的性能。国内也有这方面的研究,但在多普勒流量计方面,几乎没有见到有关应用数字信号处理技术的文章。本文就是从传统多普勒流量计信号处理方式入手,研究利用数字信号处理技术改进这种传统的信号处理方法,设计实现了改进后的流量测量系统,并进行了实验验证。文章共分为六章。其中第三章多普勒信号的数字处理和第四章基于DSP的多谱勒流量计软硬件设计是本文的重点。第一章绪论篇主要介绍了多普勒了流量计的特点、应用范围、发展的历史。第二章简述了多普勒流量测量的原理及水流分布、粒子浓度、粒子直径等对多普勒流量计测量的影响。在第三章中作者根据多普勒回波信号的性质,利用随机信号分析的理论分析了回波的数学形式,推导出处理回波信号的理论根据,指出这种模拟的近似处理所带来的误差,提出了利用频谱分析(求功率谱)的方法,直接进行信号处理,无须近似。并根据谱分析的要求,将数字信号处理技术引入回波信号的处理,推导了适应数字信号计算的离散公式,即利用DFT(离散傅立叶变换)求信号的离散频谱,进而获得离散功率谱,再根据离散的统计积分可获得较为准确的多普勒差频信号。在第四章中作者主要根据第三章推导出的离散信号处理公式设计制作了基于DSP(TMS320F206)的软硬件系统。该系统以用谱分析放法计算多普勒差频信号为目的,实现了对多普勒信号的放大、采集和计算。硬件包括超声信号的产生与功率放大、混频、信号接收与放大,数据采集、存储、RS232接口和DSP处理器系统;软件包括DDS子程序、A/D转换子程序、分裂基FFT子程序、上位机通讯子程序、下位机通讯子程序和主程序。第五章主要是实验部分。首先我们通过示波器观察,采集确定信号绘制图表等方法对流量计系统的软硬件进行测试,并改进了部分设计,使DSP系统良好工作。其次作者设计了一种在实验室测试流量测量的装置,对这种新的DSP流量计系统进行综合检验,效果较好,基本上达到了预期的目的。全文的最后一章结束篇是对整个研究工作的总结与肯定。同时对存在的问题也进行了分析,提出了进一步改进的方案。……   
[关键词]:数字信号处理技术;频谱分析;功率谱;分裂基算法;DFT;FFT
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西安理工大学2001年
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