小管径高精度超声波流量计设计

航天器推进剂在轨剩余量测量一直是航天器在轨管理所面临的一个难题.提出采用超声波流量计测量推进剂在轨剩余量的方法,并给出了超声波流量计的设计方案.设计的新型超声波流量计结构,通过改变超声换能器的安装方式,从而延长了超声波传播路径,减少了传播过程中超声波的衰减.通过以单片机和FPGA为主控制器、以高精度时间测量芯片作为数据采集模块的流量计软硬件系统实现了超声波流量计对液体流量的高精度测量.通过恒速测试、交变流速测试和总量测试表明,该系统测量精度达到了0.5%,可满足目前航天器推进系统推进剂剩余量的在轨测量要求.     

小管径超声波流量计去噪方法

超声波流量计中存在各种噪声,直接影响流量测量的精度。文章首先分析了小管径超声波流量计中噪声的来源,从实时性的角度出发,提出了一种直接对测量时间差进行去噪的方法,避免了对原始超声波信号进行采样、分析带来的实时性差的问题。针对随机噪声和声学噪声引起的时间差数据中的误差,以硬阈值小波滤波作为第一级滤波、中值加均值滤波为第二级滤波进行处理。通过流量测量实验,验证了去噪方法的有效性,结果表明,去噪后流量计的瞬时测量误差小于1%。     

在轨加注用超声波流量计的设计与试验

针对航天器在轨加注对推进剂流量的精确测量要求,研制了在轨加注用超声波流量计。在对传播时间法研究的基础上,提出流量计管路布局的设计要求,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法模拟4种不同管路布局(直角型、45°锐角型、直线型和圆弧型)对流体速度分布的影响,对比得到了优化的管路布局。信号处理电路使用斩波稳定比较器,通过阈值比较法,保证了传播时间的测量精度。流量计经标定后,在量程（0～150g/s）范围内可达到0.1%的测量精度。为了验证在轨加注过程中流量计的作用,在地面环境下进行了在轨加注地面模拟试验,试验表明超声波流量计在推进剂在轨加注中使用是可行的和必要的。     

高精度主给水超声波流量计的不确定度分析方法

针对华龙一号等国内核电机组为实现小幅功率提升而提出的主给水流量高精度测量需求，通过对比分析高精度主给水超声波流量计的工作原理，确定了校准系数与介质密度等超声波流量计测量不确定度分量来源。此外，从仿真和实测相结合的角度出发，结合超声流量计的结构、测量原理和高温高压复杂工况等条件，对影响质量流量的声道几何因子和管道截面积两个分量，给出了针对不同情况下的不确定度评估方法。分析了实际安装环境对流量测量的影响，提出了如何评定流场流速所引入的不确定度，最终结合几种不确定度评价方法建立了高精度主给水超声波流量计的计量溯源方法。     

定容式流导法微流量校准装置的设计

定容式流导法微流量校准装置是气体微流量的计量标准,由定容式流量计和流导法两部分组成,定容式流量计用于大流量的测量,流导法用于小流量的测量。定容式流量计有两种工作模式,可测量流入定容室的气体流量;也可测量流出定容室的流量。该校准装置,可采用定容法和流导法对气体微流量进行校准,校准范围为(5×10-2~5×10-11)Pa.m3/s,合成标准不确定度为0.56%~1.70%。     

基于EEMD-Hilbert谱的涡街流量计尾迹振荡特性

为了研究涡街流量计尾迹振荡特征,采用集总经验模态分解(EEMD)-Hilbert谱方法,对测量介质为空气、流量范围为10.58~220 m~3/h的涡街流量计管壁差压信号进行处理,首先用EEMD方法对管壁差压信号进行分解,得到固有模态分量,然后对分解后的各个分量进行Hilbert变换,得到Hilbert谱和边际谱,进而提取管壁差压信号的旋涡脱落频率。比较了Fourier变换与EEMD-Hilbert谱方法在信号去噪和频率提取方面的性能。结果表明:EEMD-Hilbert谱方法可有效去除叠加在实际涡街成分之中的噪声,能够较完整保留尾迹振荡的固有成分;在流量较低时,EEMD-Hilbert谱方法对尾迹振荡频率的提取精度比Fourier变换高30%以上,有效拓展了涡街流量计的测量下限;通过计算能量比,揭示了EEMD-Hilbert谱方法提高频率提取精度的原因,即EEMD-Hilbert谱方法降低了信噪比;Hilbert谱直观表示信号的时间-频率-能量关系。     

涡轮流量计校准不确定度的评定

根据测量不确定度的原理,详细分析了涡轮流量计的校准不确定度,推导出它的计算公式,并且结合具体的流量校准装置进行了简化和计算举例。     

压力传感器动态校准不确定度评定

压力传感器动态校准不确定度是表征其测量精度的重要指标.提出一种用于压力传感器动态校准不确定度评价的灰色方法.首先,使用正弦压力发生器产生标准的正弦压力信号驱动被校传感器,获取传感器特征输出;然后采用灰色关联分析处理传感器特征数据,得到权重数列;之后建立灰色模型并计算出各校准频率点的灰色偏度;最后采用加权最小二乘法去拟合以得到的工作频率范围内所有频率点的不确定数据,建立起被校压力传感器的动态校准不确定度模型.设置了幅值变化及不变两种情况下的实验验证方案,使用本文所提灰方法及黄方法分别对各方案下的数据进行处理;实验结果的对比表明:两种方案下所得动态校准不确定度曲线模型具有一致性;其中幅值变化情况下,两种方法在指定校准频率点所得校准不确定度的相对误差优于6%,在测试频率点相对误差也小于10%;幅值不变情况下,在大部分频率点处所得相对误差普遍小于5%,部分优于0.018%.实验分析证明,所提灰方法能很可靠地评估压力传感器动态校准不确定度.      

氙气质量流量计校准装置测量不确定度评定

通过建立氙气质量流量计校准的测量模型,分析了测量不确定度分量,最后合成了氙气质量流量计校准装置的相对合成标准不确定度,并对评定结果进行了分析讨论。     

基于累积误差效应的瞬变加注量融合算法

为提高火箭推进剂加注量的计量精度,在原系统单一的流量计基础上新增超声波流量计和高精度液位计,并对液位计进行液位-体积标定,使三路测量设备同时参与加注量计量.根据设备计量原理分析了三路加注量数据的变化特性和误差特性,并利用时域估计法和数据加窗法推导了各瞬变加注量误差信号的方差估计算法,给出了基于方差最小二乘意义下的最优加权融合结果.实际应用表明该融合算法可以有效地抑制累积误差的不断扩大,提供比原始数据精度更高的实时加注量数据.     

涡街流量计信号处理方法与实现

设计一种基于变增益运算放大器和带通开关电容滤波器的新型涡街流量计信号处理电路.单片机利用模拟数字转换电路(A/D)实时检测涡街流量计传感器输出信号的幅度和频率,同时利用数字模拟转换电路(D/A)对变增益运放进行控制,为后续的信号检测电路提供幅度相对稳定的有效信号.带通开关电容滤波器在单片机的控制下实时跟踪变增益运放输出的信号频率,保证带通滤波器的中心频率接近信号频率,以达到良好的滤波效果.滤波后信号通过单片机进行频率信息的精确计算以及流量的解算.实验结果表明,变增益运算放大电路有效解决了涡街流量计传感器输出信号幅度变化范围大而造成的放大电路复杂,分段放大信号幅度不连续等问题;带通滤波器通过单片机实时调整中心频率,对信号中各种干扰起到较好滤波效果.      

γ测井仪计量特性在高品位铀模型上的验证CSCD

我国原有铀矿γ测井模型标准铀含量上限为1.09%,应用其校准的γ测井仪对高品位铀矿的测量结果曾饱受争议。在2014年研建高品位(1.83%、5.09%)铀模型后,用其对γ测井仪的计量特性在进行了试验验证后,结果表明仪器死时间和铀含量灵敏度没有显著变化,说明γ测井仪在铀含量5%以内的测量结果仍然可靠。     

称重法低温介质流量校验系统方案研究

液体火箭发动机试验中,流量测量的准确度至关重要。不同于常温流量测量,低温推进剂的流量测量有其特殊性。介绍了称重法低温介质流量校验原理、方法及方案,对流入法排出气体及流出法增压气体流量简略计算公式进行了推导;针对低温容器气枕换热传质特点,对气枕平均温度的一致性进行了讨论。得出了流入法排出气体流量一致性较好、采用流入法可以使低温流量计检定准确度更高的结论。     

称重法低温介质流量校验系统方案研究

液体火箭发动机试验中，流量测量的准确度至关重要。不同于常温流量测量，低温推进剂的流量测量有其特殊性。介绍了称重法低温介质流量校验原理、方法及方案，对流入法排出气体及流出法增压气体流量简略计算公式进行了推导；针对低温容器气枕换热传质特点，对气枕平均温度的一致性进行了讨论。得出了流入法排出气体流量一致性较好、采用流入法可以使低温流量计检定准确度更高的结论。     

全相位FFT频率测量在调频激光测距技术中的应用

调频连续波激光测距技术在常见的非合作目标激光测距技术中,目前具有最高的测量精度,其原理是对激光的光频进行线性调制,通过测量发射信号和回波信号的频率差反推目标的距离。因此频率测量精度对于距离测量精度具有决定性影响。传统FFT由于存在频谱泄露,且频谱细化方法从根本上受限于FFT的精度,导致测量精度低。全相位FFT较好的解决了频谱泄露的问题,具有相位不变性。本文提出将全相位FFT方法应用于调频激光测距,采用时移相位差法对频率进行测量,在MATLAB环境下对试验获取的数据进行频率解算并计算目标距离。试验证明,全相位FFT应用于调频激光测距数字信号处理时,在大于50m距离处测距误差小于0.3mm,达到了良好的应用效果。     

用相位计测量群时延的方法和技巧

介绍用相位计测量群时延的方法和技巧。通过分析和实验,给出了两种便于操作的测量方法,特别是利用第二种方法的测试技巧,把对时延的测量转换为对频率的测量,提高了测量准确度,使测量过程简便可行。     

热流计1:1分度装置与敞开式大平板分度装置分度差异的研究

分析了所研制的1:1热流计分度装置与常规的敞开式大平板热流计分度装置由于分度方法不同而导致的分度差异,并用差分方法对这种差异进行了计算。理论计算和实际测试结果都表明:对同一热流计,1:1分度装置的分度值比敞开式大平板分度装置的分度值高出20％左右。     

基于双混频时域差分技术的光纤频率传输研究

设计了一个采用双混频时域差分技术的高分辨率的时延抖动检测系统,测试结果表明,其分辨率为20fs,准确度优于0.2ps。在20km光纤频率传输中进行了主动光学相位补偿实验测试,获得了链路时延抖动峰峰值小于1ps、均方值小于0.13ps、相位噪声抑制比大于500的实验结果。