強(qiáng)管道振動(dòng)下渦街流量計(jì)的信號(hào)建模與處理方法.pdf

1、渦街流量計(jì)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、能夠測(cè)量多種介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)等工業(yè)過程中的流量測(cè)量。但是，基于流體振動(dòng)原理工作的渦街流量傳感器對(duì)管道振動(dòng)非常敏感，而在實(shí)際工況下，管道振動(dòng)是普遍存在的。管道振動(dòng)干擾可分為周期性正弦振動(dòng)干擾和瞬態(tài)沖擊振動(dòng)干擾。當(dāng)振動(dòng)干擾的能量超過渦街流量信號(hào)的能量時(shí)，常規(guī)的數(shù)字信號(hào)處理方法就無法排除該干擾，這將嚴(yán)重影響到渦街流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此，為了增強(qiáng)渦街流量計(jì)在復(fù)雜工況下測(cè)量的可靠性，研究其抗強(qiáng)

2、振動(dòng)干擾方法具有非常重要的意義。
　　針對(duì)周期振動(dòng)干擾，基于渦街流量傳感器輸出信號(hào)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過濾波和提取峰值，對(duì)信號(hào)幅值和頻率的波動(dòng)特性進(jìn)行分析和對(duì)比。通過概率密度分析和周期差分序列分析，提取波動(dòng)特征規(guī)律。根據(jù)幅值調(diào)制和頻率調(diào)制的特性，建立了渦街流量信號(hào)、周期振動(dòng)干擾和同頻信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，并研究了模型參數(shù)與信號(hào)頻率的規(guī)律。通過誤差分析，驗(yàn)證了這三類信號(hào)模型的有效性，進(jìn)而驗(yàn)證了信號(hào)幅值和頻率波動(dòng)特性分析的可靠性，為基于頻率方差的

3、抗周期振動(dòng)干擾方法奠定了理論基礎(chǔ)。
　　在基于頻率方差的抗周期振動(dòng)干擾方法中，高精度的頻率估計(jì)是保證其可靠性的關(guān)鍵。為了提高頻率估計(jì)方法的抗噪性能，針對(duì)渦街流量傳感器輸出信號(hào)中常疊加的白噪聲干擾，基于傅里葉系數(shù)，提出一種雙向校正結(jié)合加權(quán)平均的頻率加權(quán)修正方法(RWBWFCR)。給出該方法的校正原理;分析不同初始相位、不同頻率偏移量、不同F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)和不同信噪比對(duì)該頻率校正方法的影響;推導(dǎo)并驗(yàn)證含平穩(wěn)高斯白噪聲時(shí)該頻率估計(jì)方法的理論精

4、度。該方法運(yùn)算量少、占用存儲(chǔ)空間小、校正精度高、抗干擾能力強(qiáng)。將該方法應(yīng)用于基于頻率方差的抗強(qiáng)周期振動(dòng)型單傳感器渦街流量計(jì)中解決諧波干擾的問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，RWBWFCR方法提高了基于頻率估計(jì)的數(shù)字信號(hào)處理方法的可靠性。
　　針對(duì)瞬態(tài)沖擊干擾，設(shè)計(jì)瞬態(tài)沖擊振動(dòng)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析瞬態(tài)沖擊振動(dòng)干擾時(shí)渦街流量傳感器輸出信號(hào)的時(shí)頻域特征，提取瞬態(tài)沖擊振動(dòng)干擾幅值先突變、后振蕩衰減的彈性振蕩規(guī)律。用多組單自由度有

5、阻尼彈性系統(tǒng)的線性組合模型來表征瞬態(tài)沖擊，并通過模型驗(yàn)證說明瞬態(tài)沖擊振動(dòng)干擾的數(shù)學(xué)模型和其彈性振蕩規(guī)律的可靠性，為抗強(qiáng)瞬態(tài)沖擊振動(dòng)干擾的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　為了消除瞬態(tài)沖擊干擾，基于瞬態(tài)沖擊的彈性振蕩規(guī)律，研究了查找包含瞬態(tài)沖擊的數(shù)據(jù)段的方法。針對(duì)這些數(shù)據(jù)段，提出基于分段卡爾曼濾波的數(shù)字信號(hào)處理方法來降低瞬態(tài)沖擊的能量，從而使渦街流量信號(hào)的整體能量占優(yōu)，再通過頻譜分析從含噪信號(hào)中提取流量信息。基于低功耗單片機(jī)搭建渦街流量計(jì)抗強(qiáng)瞬