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随着我国化工工业技术的快速发展,化工生产线智能化的需求不断增加,相应的在线工业智能仪表应运而生。其中超声波密度测量仪表在工作过程中,由于对回波信号的采集精度较低,且采集后的信号中含有大量干扰噪声,使其测量精度不理想。为提高超声波密度计测量精度,本课题通过优化超声波回波采集模块及改进回波信号处理方法,以提高超声波回波信号信噪比,从而改善测量结果。另一方面,目前现有的大多数超声波密度测量仪表仍需进行现场操作,且可与原有生产设备相兼容的仪表种类较少。针对此问题本课题采用HART协议作为远程工业密度计通信部分的解决方案,不但解决了传统4~20mA电流回路中只能传输单一信号的问题,而且兼顾了对原有集散控制系统(DCS)中4~20mA电流回路的兼容性,最终完成相关软硬件设计,研制出一套高精度的远程工业超声波密度计,并适用于国内大多数的化工生产企业。论文的工作内容主要体现在以下几个方面:(1)根据对超声波密度计在测量过程中的回波信号传播特点及其采样需求的分析,设计了基于随机等效采样原理的回波信号采集模块。并通过缩短步进脉冲的发射时间间隔,来提高随机等效采样精度,从而将高频回波信号转换为可采集的低频信号,完成对超声波回波信号的采集与重构。(2)针对超声波回波信号中的各种噪声干扰,提出了基于广义S变换的奇异值分解去噪方法。通过对采集得到的超声波回波信号进行广义S变换得到二维时频系数矩阵,随后对该矩阵进行奇异值分解,根据分解后的分量信号与原始信号之间的相关系数来确定重构矩阵的阶数并进行重构,最终将重构后的时频系数矩阵S逆变换为回波信号序列,从而实现对超声波回波信号的有效去噪。通过MATLAB平台进行仿真实验,结果表明改进后的奇异值分解噪算法去噪性能有着显著提高。(3)设计并完成一套远程工业超声波密度计。采用基于ARM7的STM32微处理器作为整个系统的核心处理控制器,在KEIL5软件环境下使用C语言进行了模块化编程。利用基于HART协议的A5191型芯片、AD5421转换芯片及相关外围电路实现密度计的远程通信功能,使仪表数据可在现有的4~20mA电流回路中稳定传输。并在LabWindows/CVI软件下开发了相应的PC端上位机软件,实现远程参数查询、设置和运行数据监控等功能。实验与现场测试表明:所设计的远程工业密度计测量精度最高可达到2.21%F.S。所提出的基于广义S变换的奇异值分解去噪方法与现有常用去噪方法相比,可较好地保留回波信号的奇异性特征,并提高信号信噪比,从而可较准确地拟合出回波信号包络。改进后的工业密度计测量精度有着显著提升,且已应用于实际生产之中。