Разработка и исследование алгоритмов обработки сигналов лазерных доплеровских анемометров с использованием непрерывного вейвлет-анализа

• Автор: Кудряшов, Тимофей Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
В работе решается задача разработки и исследования алгоритмов обработки сигналов лазерных доплеровских анемометров с использованием непрерывного вейвлет-анализа. Разработаны цифровой алгоритм моделирования сигналов дифференциальной схемы ЛДА с использованием статистической модели фотодетектирования, цифровой алгоритм дискретизированного непрерывного вейвлет-преобразования и программа моделирования и оценки параметров сигналов ЛДА. Получены аналитические выражения для вейвлет-спектров Морле одночастичных и двухчастичных ЛДА-сигналов. Проведены анализ погрешностей оценки доплеровской' частоты одночастичного и двухчастичного сигналов ЛДА и исследование влияния параметров анемометра и условий наблюдения на погрешность оценки скорости частиц.
ГЛАВА 1. МОДЕЛИ ДОПЛЕРОВСКИХ СИГНАЛОВ
1.1 Введение к главе
1.2 Интерференционная модель дифференциальной схемы ЛДА
1.3 Модели одночастичного сигнала ЛДА
1.3.1 Случай «малых» частиц
1.3.2 Случай «больших» частиц
1.4 Модель многочастичного доплеровского сигнала
1.5 Статистическая модель сигнала на выходе фотодетектора
1.6 Цифровой алгоритм моделирования сигнала дифференциальной схемы ЛДА
1.7 Исследование статистических характеристик модельного сигнала ЛДА
1.8 Заключение к главе
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДОПЛЕРОВСКИХ СИГНАЛОВ
2.1 Введение к главе
2.2 Методы оценки параметров одночастичного сигнала ЛДА
2.2.1. Алгоритм цифрового спектрального анализа
2.2.2. Алгоритм дискретного счета
2.2.3. Алгоритм преобразования Гильберта
2.2.4. Сравнительная характеристика алгоритмов измерения частоты доплеровского сигнала
2.3 Визуализация доплеровских сигналов в двухфазных потоках
2.4 Оценка параметров сигналов ЛДА методом вейвлет-анализа
2.4.1 Непрерывное вейвлет-преобразование
2.4.2 Цифровой алгоритм дискретизированного непрерывного вейвлет-преобразования
2.4.3 Обработка моделей одночастичного и двухчастичного сигналов ЛДА методом вейвлет анализа
2.5 Заключение к главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ОЦЕНКИ
ДОПЛЕРОВСКОЙ ЧАСТОТЫ ОДНОЧАСТИЧНОГО СИГНАЛА ЛДА МЕТОДОМ ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗА
3.1 Введение к главе
3.2 Потенциальная точность оценки доплеровской частоты одночастичного сигнала ЛДА
3.3 Аналитическая модель вейвлет-спектра одночастичного сигнала
3.4 Исследование погрешности оценки доплеровской частоты одночастичного сигнала ЛДА методом численного моделирования алгоритма вейвлет-анализа :
3.4.1 Влияние параметров анемометра и скорости частицы на погрешность измерений
3.4.2 Влияние условий наблюдения на погрешность оценки скорости
частицы
3.5 Примеры обработки экспериментальных сигналов
3.6 Заключение к главе
ГЛАВА 4. ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ СИГНАЛОВ ЛДА СЛОЖНОЙ
СТРУКТУРЫ
4.1 Введение к главе
4.2 Аналитическая модель вейвлет-спектра двухчастичного сигнала ЛДА в однофазном потоке
4.3 Вейвлет-спектр сигнала от одиночной «большой» частицы
4.4 Расчет смещения оценки доплеровской частоты сигнала ЛДА сложной структуры методом аппроксимации вейвлет-спектра
4.5 Исследование погрешности оценки доплеровской частоты двухчастичного сигнала ЛДА методом численного моделирования алгоритма вейвлет-анализа
4.5.1 Влияние расстояния между частицами

из частиц. Это хорошо видно на МНАТ-спектре (рис. 2.8, ж), анализ которого позволяет делать выводы о двухчастичности сигнала и оценивать расстояние между этими частицами.
Обратимся к спектрам сигналов, показанных на рис. 2.9 [59]. Эти сигналы получены от частиц с одинаковыми размерами, имеющих различные скорости и разные моменты появления в измерительном объеме. Анализ рисунков показывает, что в данном случае информация о временном сдвиге между частицами может быть получена только из вейвлет-спектра доплеровского сигнала. Более предпочтительным для этой цели служит вейвлет-спектр Морле: даже при сильном перекрытии сигналов во времени (рис. 2.9, д) на изображении ЧВР (рис. 2.9, з) хорошо различимы отклики от отдельных частиц. Хотя разница между частотами доплеровских сигналов от частиц с одинаковыми размерами позволяет оценить их скорости по модулю спектра Фурье, извлечь из него информацию о расстоянии между двумя частицами нельзя.
Рис. 2.9. Спектры Фурье (б, е) и вейвлет-спектры (в, г, ж, з) двухчастичных сигналов ЛДА
(а, д)
Теперь рассмотрим случай двухчастичного сигнала, полученного при рассеянии излучения частицами с разными размерами и разными скоростями. Осциллограммы таких сигналов их спектры приведены на рис. 2.10 [59].