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Ultraschallsignalverarbeitung bei Korrelations- und Vortexverfahren zur Durchflussmessung

Filips, Christian

Neue Erkenntnisse sowohl auf dem Gebiet der Korrelations- als auch der Vortexmessung werden in dieser Arbeit vorgestellt. Grundlegende Aspekte der Wechselwirkung zwischen Strömung und Ultraschallsignal werden theoretisch erläutert und in praktischen Untersuchungen umgesetzt. Die Modulation des Ultraschallsignals ist abhängig von einer Vielzahl von Parametern, die in komplexer Art und Weise dem Signal aufgeprägt werden und als Informationen in der demodulierten Amplitude und Phase zur Auswertung vorliegen. Das bisher angewandte Demodulationsverfahren (QAD) zeigte Schwächen bei der Demodulation des Phasensignals insbesondere bei hohen Modulationsgraden auf. Bedingt durch den eingeschränkten Wertevorrat führen hohe Modulationsgrade zu Phasensprüngen, die eine fehlerfreie anschliessende Signalverarbeitung nicht zulassen. Ein neu entwickeltes Demodulationsprinzip, dass als Schätzverfahren für die Rekonstruktion des Phasenverlaufs entwickelt wurde, stellt das Kalmanfilter dar. Der Vorteil des Kalmanfilters besteht für hohe Modulationsgrade, die insbesondere bei gestörter Strömung auftreten, darin, daß bessere Ergebnisse mit höheren Korrelationsmaxima erzielt werden. Ein weiterer Schritt der Korrelationstechnik in Richtung Mehrpfadmessung ermöglicht es, durch eine geeignete Wahl der Messkammer das Strömungsprofil tomographisch darzustellen. Auch für die Vortexmessung erfolgten weiterführende Untersuchungen. Neben der digitalen Demodulation wurden im weiteren Verlauf auch analoge Demodulatoren untersucht. Die analogen Verfahren erzielten in Abhängigkeit vom Modulationsgrad teilweise bessere Ergebnisse. Die Untersuchung mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen führte zu unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen dem Trägersignal und dem eingesetzten Störkörper. Es wurde eine Vielzahl von verschiedenen Störkörpergeometrien untersucht, und für drei Störkörperformen ist eine Systematik erstellt worden. Unter Beachtung bestimmter Randbedingungen konnte mit Hilfe einer neu definierten Kenngröße eines charakteristischen Durchmessers die gleiche Kennliniencharakteristik für verschiedene Störkörpergeometrien dargestellt werden. Störeinflüsse, wie sie hinter Einfach- und Raumkrümmer auftreten, aber auch die Pulsation wurden in Verbindung mit Wirbelkörpern untersucht.

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Filips, Christian: Ultraschallsignalverarbeitung bei Korrelations- und Vortexverfahren zur Durchflussmessung.

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