基于多传感器数据融合的热处理炉温度测量方法

　　固体质量流量测量有着广阔的工业应用背景，在工业、农业、交通运输业等众多工程领域中都有着广泛的应用，微波多普勒雷达以其成本低、易实现、操 作简单等特点，一直被广泛用于以上领域。通过对多普勒信号的幅值响应，可以得到如固体颗粒的质量、种类、位置等物理量[1]。本文通过使用 NI 公司的虚拟仪器软件 LABVIEW，结合多传感器，设计固体质量流量测量系统，计算所测固体的速度与质量流量。由于微波多普勒雷达的属性受到外界温度、湿度、光线等的影响会 发生一定程度的变化，从而影响到测量结果，本系统通过实时标定解决了这一问题，这对于基于微波多普勒雷达的固体质量流量测量具有实际意义。

　　1 实验装置的建立及设计原理

　　图 1 为基于多传感器的固体质量流量测量系统结构图。多普勒微波传感器发射的信号在管道中下落的物料表面发生反射，产生多普勒回波信号，通过 PCI 数据采集卡将采集到的多普勒回波信号转换为数字信号在计算机中进行处理分析。

　　微波多普勒雷达传感器的一个主要作用是测量运动物体的速度。其工作原理为多普勒原理，当微波照射到运动的物体上时会发生反射，同时产生一个与物 体运动速度成比例的一个变化，即移动物体对所接收的电磁波有频移的效应，频移差正比于物体运动的速度[1]。本系统使用雷达的微波作业频率为 25GHz，利用雷达发送与接收信号的频率差，通过以下公式计算出物体运动的速度。

   其中，f₀为微波作业频率 25GHz，θ =45°为多普勒雷达传感器发射微波方向与物体下落方向的夹角，c 为光在空气中的速度，v 为物料下落的速度，f_d为多普勒频率。

　　通过对多普勒信号功率谱密度的分析可以得到除速度信息外的另一项重要信息即质量流量信息。功率谱密度的计算有经典谱估计法和现代谱估计法两种方 法。经典谱估计法就是传统的傅氏分析法，它又可分为直接法和间接法两种。其中直接法是将观测到的样本数据 x ( 0) ，x ( 1) ，x ( 2) ，…，x ( N - 1) 利用快速傅里叶变换直接进行功率谱估计，计算公式如下所示:

　　本文采用经典谱估计法中的直接法计算功率谱密度，故间接法不在此处讨论。

　　2 系统的软件流程设计

　　图 2 是软件设计流程图。首先设定采样点数与采样频率，然后对采集到的信号进行滤波、加窗和 FFT 变换处理，之后就可以利用公式计算出被测物体的速度了，同时还可以对装置进行标定以计算被测物体的质量。