基于功率谱估计的流量测量实验教学

李利品， 陈 欢， 党瑞荣， 黄燕群， 任志平， 刘科满

（1.西安石油大学电子工程学院，西安 710065；2.西安现代控制技术研究所，西安 710065）

0 引 言

多普勒流量测量是根据物理学中的超声多普勒效应，通过检测收发传感器之间的频率差得到管道内流体速度和流量的方法。超声多普勒法适用于含微小固体颗粒或气泡的泥浆、原油等非纯净流体的流量测量。超声多普勒法采用非接触式结构，不影响管道内流体状态，不改变测量管段结构，不会对正常生产造成影响，成为目前多相流测量的常用方法之一。

1989年第一台超声多普勒流量计诞生，从此开启了超声多普勒流量测量的工业应用。随着数字电子技术的发展，超声多普勒流量计硬件系统不断更新和升级，由原来的单片机系统升级到FPGA、DSP等控制系统［1-4］。由于多相流体的传声性能不同，除硬件系统外，导致多普勒回波信号的频率成分非常复杂，多普勒回波频移方法直接影响了多普勒流量测量的准确度［5］。近年来，出现了很多关于多普勒回波信号处理方法的理论和仿真研究，从最初的时域分析、FFT发展到现代信号处理的方法，如双窗全相位FFT、小波域维纳滤波等［6-7］，为提高多普勒流量测量的准确度做了大量的基础工作。

在实际应用中，由于受噪声影响超声多普勒回波信号属于平稳随机信号，根据《数字信号处理》课程理论，可根据维纳辛钦定理，通过计算自相关函数的傅里叶变换得到其谱特性，该方法称之为经典功率谱估计［8］。……