Demodulation of ultrasonic signals by extended undersampling and Kalman filters for vortex-flow-meters and their interference by production tolerances

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Insbesondere haben bisherige Untersuchungen an WirbelfrequenzDurchflussmessgeräten gezeigt, dass an der spitzen Seite angeströmte, dreieckförmige Wirbelkörper zu deutlich verbesserten Modulationssignalen und höheren Empfindlichkeiten führen. Ein Problem stellen Fertigungstoleranzen und Einbaufehler dar, wenn die Achse des Wirbelkörpers nicht parallel zur Rohrachse verläuft. Es sollen die Effekte bei der Schiefstellung des Wirbelkörpers und mögliche Toleranzgrenzen untersucht werden. Dafür sind Reihenmessungen an Wirbelkörpern verschiedener Abmessungen und Winkelstellungen notwendig. Bei der Signalverarbeitung erfolgte die Demodulation des komplex modulierten Signals durch digitale Unterabtastung und eine Quadratur-Amplituden-Demodulation (QAD), bei der das Signal an zwei zeitlich um 90° versetzten Abtastzeitpunkten erfasst wird. Es soll geprüft werden, ob der um 90° versetzte Abtastwert um mehrere Perioden versetzt ebenfalls unterabgetastet werden kann, was den Aufwand deutlich reduzieren würde. Dem QAD-Verfahren sind bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und gestörten Strömungen Grenzen bei der Phasendemodulation gesetzt, weil die arc tan-Funktion zur Bestimmung des Phasenwinkels begrenzt ist. Neue Ansätze, dieses Problem zu umgehen, sollen mit einem erweiterten Kalmanfilter mit drei Beobachtungsgrößen (Realteil, Imaginärteil, Phasenwinkel) und zwei Zustandsgrößen (Phasenwinkel, Frequenz) durchgeführt werden.