微波固体流量计信号处理方法及仿真

摘要

在现代工业生产与控制过程中，精确实时地测量固体的质量流量一直是极具挑战性的难题。微波固体流量计作为其中的一类测量装置，具有成本低廉、对环境要求低、实时性强等其它装置无法比拟的优势。但因相关理论不完善、信号处理方法落后等，目前其测量精度很低。
　　本文以测量气力输送管道中固体颗粒的质量流量为背景，在理论分析和仿真对比的基础上，重点对微波固体流量计的测量机理和信号处理方法进行了研究，主要工作如下：
　　1．从理论上探究了微波法测固体流量的物理基础，依据电磁散射理论证明了回波功率与颗粒质量平方之间的线性关系，并推导出了依据速度-浓度测流量的解析关系，分析了所需参数的确定方法。
　　2．结合具体应用场景及其空间几何关系，提出了简化信号模型的合理性假设，分析了回波信号的统计特性，得到了系统的多普勒回波的具体表达式，并在计算机上模拟生成了固体颗粒的多普勒回波信号。
　　3．针对回波信噪比低的问题，本文将小波去噪理论引入到微波固体流量计的信号处理，对不同小波函数和不同分解层数时的去噪效果进行了仿真，依据信噪比最大的准则选取了合适的小波函数和分解层数，同时与基于频域滤波的去噪效果进行了对比分析。
　　4．针对参数提取实时性差的问题，本文通过估计信号的功率谱密度将传统的分步参数提取方法进行了改进，简化了参数提取的过程。依据固体流量计的具体要求，选取了合适的功率谱密度估计方法，并进行了仿真；同时，分析了多普勒带宽对于参数提取精度的影响，并采用最大距离法估计了多普勒带宽。
　　仿真结果表明，本文研究的信号处理方法能取得较好的效果，有利于提高微波固体流量计的测量精度。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文的主要工作

第二章 微波法测固体流量的理论基础

2.1 雷达基础理论

2.2 瑞利散射理论

2.3 多普勒效应

2.4 微波固体流量计的测量原理

2.5 本章小结

第三章 微波固体流量计的回波模型

3.1 测量系统与测量场景

3.2 回波模型的建立

3.3 多普勒回波信号仿真

3.4 本章小结

第四章 多普勒回波去噪方法

4.1 信号消噪方法概述

4.2 小波变换理论

4.3 小波去噪的原理

4.4 去噪仿真结果

4.5 本章小结

第五章 流量参数的提取方法

5.1 信号的功率谱密度

5.2 功率谱估计方法

5.3 功率谱估计仿真结果

5.4 速度和浓度参数的提取

5.5 本章小结

第六章 结束语

6.1 研究结论

6.2 工作展望

致谢

参考文献