非接触式梭式止回阀阀芯位移检测系统的研究

摘要

目前，非能动控制技术是工程上应用最先进的流体控制技术。非能动梭式止回阀是组成非能动控制系统的重要组成元件，也是非能动控制技术的组成部分。非能动梭式止回阀是一种提供轴流、对称、平衡、梭式结构的主阀，把主阀瓣驱动缸轴向贯流地置于主阀体内渐变流道中，不改变主阀轴向结构长度和径向直径，完全去掉因设驱动装置的纵向堆积高度，大幅度减小外形尺寸和结构重量，更简单可靠。在流体控制系统中，可靠性和安全性是重要的技术指标，因而，在阀体的工作过程中，实时监测其阀芯位移从而判断流体的工作状况是非常必要的。
　　非能动梭式止回阀应用环境的特殊性决定了阀体的阀芯位移监测必须由非接触式的监测方法来完成。本设计通过对非能动梭式止回阀的建模以及对阀体模型的流场分析，掌握了梭阀的启闭特性，采用非接触式电磁感应法对梭阀工作时产生的微弱电磁信号进行采集和分析。由于阀体动作快，采集量大，同时产生的电磁信号很微弱，为了便于采集，在采集前用仪表放大器对其进行放大，再利用采集板进行大量的数据采集。而受到工程环境和采集系统自身带来的电磁干扰很大，带来不可避免的噪声，在放大有用信号的同时也将噪声等信号进行放大和采集。由于梭阀开关时间十分短暂，如果用采集的带噪声的信号对其开关时间的精确判断可能会造成大的误差。为了确定梭阀的工作状态，需对阀芯传感器采集放大的信号进行数字信号处理，本研究通过分析、研究和对比多种滤波算法，提出了基于等波纹最佳逼近法算法的FIR滤波器对信号的处理方法。
　　本文介绍了梭阀的结构、感应式传感器的原理及设计分析，并重点研究了等波纹最佳逼近法算法，具体分析了其收敛特性及各参数对算法性能的影响，并且对算法的性能进行了论证。应用 MATLAB的 simulink模块对等波纹最佳逼近法算法进行仿真，完成了对有用信号的提取，达到了对梭阀阀芯位移监测的目的。

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1 绪论

1.1 止回阀简介

1.2 研究背景和意义

1.3 国内外研究现状和发展趋势

1.4 研究意义及内容

1.5 本章小结

2 梭阀结构和磁场传感器

2.1 梭式结构

2.2 梭式止回阀的动作原理

2.3 梭式特种止回阀原理图

2.4 梭阀位移传感器原理

2.5 本章小结

3 ANSYS电磁场仿真

3.1 ANSYS简介

3.2 电磁场基本理论

3.3 电磁场建模

3.4 静态磁场分析

3.5 瞬态磁场分析

3.6 本章小结

4 梭阀位移检测系统功能硬件的实现

4.1 梭阀阀心位移检测系统总体方案设计

4.2 感应线圈式磁敏传感器微小信号的放大

4.3 A/D转换

4.4 本章小结

5 数字滤波技术

5.1 数字信号处理技术

5.2 数字信号处理中的几种基本算法简介

5.3 卷积、相关和FIR数字滤波器

5.4 FIR滤波器的结构

5.5 滤波器设计基础

5.6 FIR滤波器的窗函数设计

5.7 本章小结

6 基于等波纹最佳逼近法算法的FIR滤波器的设计

6.1 最优等波纹设计法

6.2 等波纹最佳逼近法的原理说明

6.3 基于MATLAB的等波纹最佳逼近法FIR滤波器

6.4 本章小结

7 梭式止回阀阀芯位移检测系统总体设计

7.1 梭式止回阀阀芯位移检测系统总体设计原理

7.2 总体方案的设计

7.3 信号采集分析系统

7.4 本章小结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果