基于小波譜的超聲Doppler管道流速測量

吳小玲

（廣東工程職業技術學院，廣東 廣州 510520）

超聲多普勒流量計為無傷測量設備，在實踐運用中備受青睞，但由于受到超聲換能器指向性、聲場中聲波吸收衰減、聲束中某種特定速度范圍內粒子數量及傳輸中噪聲干擾等因素影響，使得超聲多普勒回波信號頻移值的精確提取存在困難。傳統超聲Doppler流量計處理回波信號時常采用混頻到基頻的方法和零交叉法、相關法以及傅氏變換法等信號處理方法進行修正，但仍無法避免一些問題的存在，具體體現在如下方面：（1）管道中低流速產生的Doppler回波信號頻移相對較低，在干擾信號作用下，無法精確分析其回波信號頻譜；（2）流體產生的Doppler信號經解調后無法判斷管道中的流速方向；（3）提高管道流速測量精度采樣次數多、采樣周期長，無法有效對管道流速進行實時監測[1]。

綜合分析上述存在的問題和實際情況，文章結合小波譜性質引入基準信號，并將信號解調到低頻段，同時保留速度、方向等相關有效信息，采用MATLAB仿真軟件對管道流速測量方法進行了仿真，結果證明該方法有效、可行。

1 基本原理

1.1 超聲Doppler流量計的測量原理

簡化的超聲多普勒流量計的原理圖如圖1所示[2]。其中，u為管道中流體粒子的實際運動速度；f0為超聲波在管道中的發射頻率；c0為超聲波在管道流媒體中的實際聲速；θ為超聲波測量方向與管道中粒子運動方向之間的夾角。

圖1 超聲多普勒流量計的原理圖

根據上面的原理圖得到單……