6

基金项目

:“

十二五

”

国家科技支撑计划课题

(2013BAK06B01)

收稿日期

:2014

-

10

-

29

收修改稿日期

:2015

-

03

-

22

基于

LMS

算法的流体流速测量系统

王

瑞

,

周孟然

,

闫鹏程

,

张开远

(

安徽理工大学电气与信息工程学院

,

安徽淮南

232001

)

摘要

:

针对井下环境复杂多变

,

普通的流速测量方法不能满足实际需求的现状

,

设计一种基于

LMS

最小均方算法

,

以

AVR

单片机

ATmega128

为主控制器的流体流速测量系统

。

首先概述了流体流速测量的基本原理

,

并分析了最小均方算

法的计算过程以及在流速测量中的应用

,

最后介绍了系统中的硬件部分以及其在整个系统中的功能作用

,

并用实际的测

试结果来验证了系统的可实施性

,

从而为实现煤矿的安全生产提供可靠的决策依据

。

关键词

:

流速测量

;

最小均方算法

;

光电转换

;ATmega128

中图分类号

:TH7

文献标识码

:A

文章编号

:1002

-

1841(2015)06

-

0063

-

03

Research

of

Flood

Flow

Velocity

Measurement

System

Based

on

LMS

Algorithm

WANG

Rui

,ZHOU

Meng-ran,YAN

Peng-cheng

,ZHANG

Kai-yuan

(

Electrical

and

Information

Engineering

,

Anhui

University

of

Science

and

Technology

,

Huainan

232001

,

China

)

Abstract

:Underground

environment

is

complicated

and

changeable

,however,the

general

methods

can

not

satisfy

the

actual

demand.To

improve

the

present

situation,flood

flow

velocity

measurement

system

based

on

LMS

mean

square

and

adopted

AVR

ATmega128

as

main

controller

was

introduced.First,the

fundamental

principle

of

the

measurement

was

introduced,and

the

approxi-

mate

computational

process

as

well

as

the

application

of

the

measurement

of

the

LMS

was

analyzed.Finally,the

hardware

part

of

the

system

and

its

functions

were

introduced

in

the

whole

system.And,the

experimental

results

verified

the

implementation

of

the

sys-

tem

to

provide

reliable

decision

basis

for

the

safety

production

of

coal

mine.

Key

words

:flow

velocity

measurement;LMS;the

photoelectric

conversion;ATmega128

0

引言

在煤矿开采的过程中

,

矿井水害一直都是威胁着矿业安全

生产的主要因素

,

因此

,

能够全面掌握井下水的特征及流动速

度对于矿井安全生产具有重要的指导意义

。

在此提出一种基

于

LMS

算法的流体流速测量系统

,

由激光发射器发射出两束激

光到管道中

,

由于水流的运动会使激光的特征发生变化

,

因此

水流的运动特征就会通过光信号显现出来

,

进而转换为电信号

进行数据处理

,

从而得到所求的流体流速

[1]

。

1

基本原理

当被测流体在管道内流动时

,

流体的各种物理量随时间的

变化所呈现出随机的性质称之为流动噪声

。

本系统流速测量的基本原理如图

1

所示

:A,B

分别为两个

相同型号的传感器

,

间距为

L

,

传感器的作用是将其接收的流动

噪声信号转换为电信号

,

这种电信号与流动噪声呈现出一定的

关系

,

可看作是随机信号

,

接下来对电信号进行数据处理便可

得到

v

。

A、B

两传感器的输出信号分别为

x

(

t

)

和

y

(

t

),

在

L

距

离较小的情况下

,

x

(

t

)

和

y

(

t

)

的波形基本一致

,

只是会存在一

个延时

,

这个延时间隔称为

D

,

D

值就代表了流体流经两采样传

感器

A

和

B

时所需的时间

,

如图

2

所示

。

当

D

的数值一定时

,

可知管道里流体的流速为

v

=

L

/

D

[2]

。

2

LMS

算法

LMS(Least

mean

square),

即最小均方算法

。

LMS