Modeling of temperature dependency of structural waves in an ultrasonic flow measurement system

Matthias Bächle, Fernando Puente León
2019
Structural waves transmitted solely through the pipe wall influence the accuracy in a Clamp-On ultrasonic flow measurement system because of the superposition with the signals of interest. To improve the measurement against temperature variations, an algorithmic compensation of the structural waves using a temperature model is required. This paper proposes a temperature model for structural waves, using the Matching Pursuit method. In the first section, a sparse signal representation is
more » ... entation is presented to approximate the structural wave signals. The resulting signal coefficients are used to describe the temperature dependency in a linear model. The method is validated using measurements of structural waves in a circular pipe over a temperature range between 20 ∘ C and 80 ∘ C. Based on these measurements, the accuracy of the approximated temperature model is evaluated and compared against the baseline signal-stretch method. Zusammenfassung: Strukturschallwellen, welche sich nur über die Rohrwand ausbreiten, beeinflussen aufgrund der Überlagerung mit dem Nutzsignal die Genauigkeit in einem Clamp-On-Durchflussmesssystem. Um die Messung robust gegenüber Temperaturänderungen zu machen, wird eine algorithmische Kompensation der Strukturschallwellen mithilfe eines Temperaturmodells benötigt. In dieser Arbeit wird ein Temperaturmodell für Strukturschallwellen basierend auf der Matching-Pursuit-Methode vorgestellt. Im ersten Abschnitt wird eine geeignete Signaldarstellung eingeführt, um die Strukturschallwellen mit möglichst wenig Koeffizienten zu approximieren. Die Signalkoeffizienten werden verwendet, um die Temperaturabhängigkeit durch ein lineares Modell zu beschreiben. Die Methode wird anhand von Strukturschall-messungen an einem Rohr über einem Temperaturbereich von 20 ∘ C bis 80 ∘ C validiert. Basierend auf diesen Messungen, wird die Genauigkeit des Temperaturmodells bestimmt und anschließend mit der Baseline-signal-stretch-Methode verglichen. Schlagwörter: Strukturschallwellen, Ultraschall, Modellierung.
doi:10.5445/ir/1000091582/pub fatcat:yomhml3pknhqtbfwjlmqgewvna