智能化在线实时八通道流量测量相关仪

　　一、相关算法的研究

　　被测流体在管道内流动时，流体内部自然产生的随机噪声现象将会对传感器发出能量束，或它们产生的能量场起到调制作用，随之传感器中的敏感元件会检测到这些调制作用引起的随机噪声信号。通过信号转换电路，分别以上下游得到的与被测流体流动状态有关的流动噪声信号x(t)和y(t)。如对气/固两相流来说，若传感器检测离散相浓度分布的随机调制信号L在一定范围内，上下游信号r(t—τ)、y(t)会是相关的;如果对x(t一τ)与y(t)作相关计算，将在相关曲线出现一个峰值。相关函数的最大值处的τ。就等于离散相从上游至F游的L距离的渡越时间，因此离散相的传输速度可以用式给出。

式中的乘法运算可以转化为比较，将L下游两个传感器采入的XY数据按8点数据存放于1个单元，而8点数据比较一次，提高了运算速度。

　　首先对计算公式加以简化，以进一步减少机时。设N点的采样中有P个对应点是极性相同的，而Q个点是极性相反的，P+Q=N。根据(l)式可得;

由于N值对一测量来说，所有点的相关值都是N点比较结果的累加，所以N值一定可由求峰值，并确定相关函数出现峰值的延时时间τ。以此求各点相关值，仅可以对各点比较相同的点相加，而极性不同的点不减，从而减少了操作。比较结果的每一项中有几个0，则累加和加几。检查比较结果中有几个。将是费时的。我们采用了查表法，因为8位二进制数只能有256种排列，而每一种排列的8位数中总包含有确定个数的0。根据这一特点，编程时作一个256个单元的表格，确定一个高8位地址，低8位地址由比较结果充当。每次比较后，按结果确定的地址查表，直接将该单元的内容送入与此延时值对应的累加器。所有项都按此处理后，便得一相关值。为不降低峰值位置分辨率，减少计算量，本相关仪采用了先粗扫描，然后以二分法搜索峰值。

　　本相关仪以调整采样频率实现速度跟踪，即每次测量得到一N峰值，对其进行位置判断。如果N峰已靠近N范围的左边缘，则加大采样频率，使得在同样的速度时，下次求得的N峰位于N范围的中间部分，反之亦然。

　　采用上述方法，当取计算长度为256，当一次测量包含127点时，进行相关处理所用的时间为10.08ms。

　　二、总体硬件构成

　　总体硬件包括8路信号采样输入，A/D、D/A、单片微处理器、键盘、显示等电路，如图1所示。其显示译码电路与8255的B口相接，低四位作为BCD码输出，高四位的低三位B6、BS、B4经三八译码后，选其中的6条线作锁存器控制线。由C口的三根线向三八译码器输入，取其五位经反向驱动得到小数点控制，显示电路总体框图如图2。采用一片DAC12lo后接一八路模拟开关，配合每个通道的采样保持电路得到八路模拟输出。其原理框图如图3所示。