基于超声波及压力互相关动态流量软测量方法的探讨

　　0 引言

　　随着现代液压控制技术的发展，对于系统和元件的动态特性的要求越来越高，因而对瞬时动态流量测量技术提出了更高的要求。 在保证测试结果不失真的前提下，一般要求用于动态测量的测试系统的响应时间越短越好，测试系统的频宽要大于被测系统的 3 倍以上。 在液压元件和系统性能测试中，动态流量的测量，对于评价伺服阀、比例阀等控制元件，以及液压控制系统的动态特性都有着非常重要的意义。但由于流体本身的复杂性， 处于变速状态的流体介质内部不仅存在黏性摩擦力，而且存在惯性力的作用，还会出现不稳定的漩涡和二次流等复杂流动现象，使得测试非常困难.因此，动态流量的在线测量一直是液压系统中一个急需解决而又长期未能很好地解决的难题。 以至在比例阀等的测试中，还未形成统一的国家和行业标准[1]。

　　1 超声波流量测量

　　1.1超声波流量测量的特点

　　超声波测量是无插入件的间接式测量，不会对流体的流动速度产生直接的影响，且反应迅速，可用于动态流量的测量， 被专家们称为 21 世纪的绿色环保流量[2]，有很大的发展潜力，其特点如下[3][4]：

　　(1) 应用领域广 ，对介质无特殊要求 ，可测量液体、气体，甚至是腐蚀性、放射性介质的流量;

　　(2) 夹装式换能器无需停流截管安装 ，只需在管道外部安装即可;

　　(3) 不破坏初始的流动状态 ，不引人误差 ，无压损;

　　(4) 测量范围宽，可测的最大和最小流量之比可达 20:1，而且测量准确度基本上不受被测流体的温度、压力等参数的影响。

　　2.2换能器的安装

　　在超声检测中， 把超声波发射出去再接收回来转换成电信号的装置，就是超声波换能器，即探头。 若其安装不合理会影响超声流量计的测量结果， 因此安装时要注意以下几点[4]:

　　(1) 应保证有足够的上下游直管段长度;

　　(2) 应尽量避开有变频调速器等污染电源的场合;

　　(3) 应尽量避免管道振动等因素的影响;

　　(4) 安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝;

　　(5) 安装地点还应能保证流体充满管道。

　　在安装方式上，主要有对贴方式、V 方式和 Z 方式三种。从实践来看，Z 方式安装的换能器信号强度高，测量稳定性好，因而选用 Z 方式安装。

　　2 相关函数基本理论

　　2.1连续信号互相关的定义

　　相关是代表客观事物或过程中某两种特征量或特征值之间联系的紧密性及关联程度。 两随机信号样本 x(t)和 y(t)的互相关函数定义为[5]：