互相关虚拟测速仪的试验分析

    工农业生产中许多复杂的流动中，存在流速测量困难的问题。这些问题的解决，都需要我们提供新的流速测量方法和测量仪器，不断关注新技术。本文采用近年才兴起的虚拟技术和互相关技术相结合，成功研制了流体的在线测量，取得了很好的试验效果。本系统采用PC一DAQ/PCl插卡式虚拟仪器系统。硬件系统由XSCL04DC压差传感器，信号调理电路、PCI一9lllDG数据采集卡计算机组成。软件系统使用LabvIEWTM7.o开发测试软件。

1 互相关测速原理

    相关函数描述了两个信号之间的关系或其相似程度。把相关函数定义为:

2 试验结果分析

    利用本研究开发的测量仪器及其配套实验装置，在三种不同的工况(传感器间距为巧毫米，采样频率分别为10KHz、20KHz，30KHz、采样点数分别为1024、1024、2048)条件下进行试验，对同一流场中同一测点.不同的速度进行多次测量。参考速度数值是采用皮托管测量仪测量。由试验结果可以得到，修正误差的最大值为42%，多次测量的结果误差稳定在该范围以内。研究开发出的测量仪器的测量结果与参考流速相比，修正误差在4%左右范围内波动，说明了应用该方法进行流速测量的可行性和该套仪器测量结果的正确性。

2.1 相关系数和速度、压力信号幅值的关系

    在本研究过程中发现，流体的速度大小、压力信号的具体脉动情况对相关系数有较大的影响，它直接影响到相关速度的测量结果精度。当压力信号幅值波形相对与无关噪声(即是信噪比)较大时，该套系统的测速效果较为理想。

    在做实验过程中.在同一工况下，同一测点的相关系数、压力信号幅值和相关速度有着一定的关系.且三种工况条件下，他们的关系均有相同的关系。表l为工况l(采样频率为10KHz、采样点数为1024、传感器间距巧~)结果汇总。信号相关速度和相关系数之间的关系见图1所示。

    从表1中可以看出，当相关速度在一定范围增大时，压力信号幅值增加.同时相关系数也增加。实验过程中发现，当速度小于4米/秒时，相关系数小于0.6。无法得到相关速度值。同时也发现，相关速度大于15米/秒后，相关系数增大的幅值明显减小，最大值在实验过程中，未能达到0.95以上。信号的幅值随着速度的增加还是增加。

2.2风机垂直截面速度分布

    作为本测试系统使用的一个实例，我们测量了离心风机出口断面速度分布。图2中H是风机垂直截面的高度，为70mm，当风机旋转时，同一垂直截面上，水平方向上的速度分布应该是随着高度H的增大而增大的。在测量风机垂直截面上的相关速度时，传感器沿着距离出风口一定的距离处的垂直截面运动，实验时，风机转速固定，采样频率为10kHz，采样点为1024，将其中一次的实验结果汇总于表2，并绘制曲线见图3。