[发明专利]一种用于渡越时间测量的自适应相关算法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种用于渡越时间测量的自适应相关算法，属于互相关测速领域。

【背景技术】

移动对象的运动速度直接关系到工业过程的安全和稳定，比如冶金行业需要对热轧板材运动速度进行测量、石油化工领域需要对气/液两相流流速进行测量、能源领域需要对气力输送管线中固体颗粒输送速度进行测量等。因此在工业生产的过程中对移动对象的速度进行实时监测，对提高各行业的安全生产率、降低能耗、节约能源都具有十分重要的意义。

以电力生产领域的气固两相流为例。燃煤电站的煤粉输送管道中的煤粉速度必须被控制在一个合理的范围以实现最佳输送条件。当煤粉速度过高时，会造成管道的损耗和颗粒的分解，导致能耗的增加；当煤粉速度低于最小安全值时，又会导致管道内颗粒沉积，甚至造成管道堵塞。同时，为了维持炉膛内燃煤高效稳定的燃烧，需要根据锅炉的负荷在线调整给煤量及风量，这就需要精确测量一次风管中煤粉的输送速度。因而，目前对于气固两相流流速的精确测量已经成为制约生产过程安全、高效、经济运行的重要因素。

为了实现颗粒输送速度、钢板移动速度等的实时测量，目前应用较为广泛的测量方法是互相关方法。相关测量技术的数学基础是随机过程理论，其基本思想是通过对流动或运动噪声信号的分析，将速度测量转化为时间间隔测量。互相关测量是基于来自两个传感器的数据间的互相关函数的测量，将移动对象的运动速度测量问题转化为移动对象依次通过相隔一定距离的两截面的时间测量问题。

实际的互相关测速系统中，常将两个特性完全相同的传感器相隔一定距离安装固定在移动对象运动装置的上游和下游，两个传感器分别提取被测移动物体经过相应测量区域时所产生的扰动信号。该扰动信号是移动物体在运动过程中某种物理特性的随机变化，它的大小、频谱特性及其物理意义与所采用的传感器工作原理、结构特性以及被测物体的移动状态等有关。如果两个传感器相距的距离足够小，物体在上游传感器和下游传感器之间移动时其随机扰动特性的变化足够小，则上游传感器和下游传感器采集到的两路扰动信号将基本相同或足够相似，只是在两路信号之间存在一个时间上的滞后。对这两路扰动信号做互相关运算，可以得到互相关函数，互相关函数峰值位置所对应的时刻到坐标原点的时间间隔就是下游扰动信号滞后于上游扰动信号的时间，称为扰动信号的渡越时间，即经过待测上游传感器的扰动信号传递到下游传感器处所需要的时间。再由渡越时间及上游传感器和下游传感器之间的距离即可计算出移动对象的移动速度。

传统互相关算法的计算过程如下：

设x(t)和y(t)分别为上游传感器和下游传感器采集的扰动信号，令R_xy(τ)为x(t)和y(t)的互相关函数，则

Rxy(τ)=limT→∞1T∫0Tx(t)y(t+τ)dt---(1)]]>

将(1)式离散化后得：

(2)式中Δ是采样间隔时间，x(iΔ)和y(iΔ+jΔ)分别是上游传感器和下游传感器获得的扰动信号x(t)和y(t)的采样值。

计算时将上游传感器和下游传感器在同一时刻获取的扰动信号直接进行互相关运算，得到互相关函数，检测函数波峰位置对应的时刻到坐标原点的时间间隔即得到上游传感器和下游传感器获取的两路扰动信号之间的渡越时间τ，测量得到上游传感器和下游传感器的间距l，则移动对象的相关速度v＝l/τ。