強(qiáng)管道振動下渦街流量計的信號建模與處理方法.pdf

1、渦街流量計由于結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、能夠測量多種介質(zhì)等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)等工業(yè)過程中的流量測量。但是，基于流體振動原理工作的渦街流量傳感器對管道振動非常敏感，而在實際工況下，管道振動是普遍存在的。管道振動干擾可分為周期性正弦振動干擾和瞬態(tài)沖擊振動干擾。當(dāng)振動干擾的能量超過渦街流量信號的能量時，常規(guī)的數(shù)字信號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測量的準(zhǔn)確性。因此，為了增強(qiáng)渦街流量計在復(fù)雜工況下測量的可靠性，研究其抗強(qiáng)

2、振動干擾方法具有非常重要的意義。
　　針對周期振動干擾，基于渦街流量傳感器輸出信號的實驗數(shù)據(jù)，通過濾波和提取峰值，對信號幅值和頻率的波動特性進(jìn)行分析和對比。通過概率密度分析和周期差分序列分析，提取波動特征規(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、周期振動干擾和同頻信號的數(shù)學(xué)模型，并研究了模型參數(shù)與信號頻率的規(guī)律。通過誤差分析，驗證了這三類信號模型的有效性，進(jìn)而驗證了信號幅值和頻率波動特性分析的可靠性，為基于頻率方差的

3、抗周期振動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干擾方法中，高精度的頻率估計是保證其可靠性的關(guān)鍵。為了提高頻率估計方法的抗噪性能，針對渦街流量傳感器輸出信號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點數(shù)和不同信噪比對該頻率校正方法的影響;推導(dǎo)并驗證含平穩(wěn)高斯白噪聲時該頻率估計方法的理論精

4、度。該方法運算量少、占用存儲空間小、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)周期振動型單傳感器渦街流量計中解決諧波干擾的問題，實驗結(jié)果表明，RWBWFCR方法提高了基于頻率估計的數(shù)字信號處理方法的可靠性。
　　針對瞬態(tài)沖擊干擾，設(shè)計瞬態(tài)沖擊振動實驗方案，進(jìn)行大量的實驗。基于實驗數(shù)據(jù)，分析瞬態(tài)沖擊振動干擾時渦街流量傳感器輸出信號的時頻域特征，提取瞬態(tài)沖擊振動干擾幅值先突變、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，并通過模型驗證說明瞬態(tài)沖擊振動干擾的數(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。針對這些數(shù)據(jù)段，提出基于分段卡爾曼濾波的數(shù)字信號處理方法來降低瞬態(tài)沖擊的能量，從而使渦街流量信號的整體能量占優(yōu)，再通過頻譜分析從含噪信號中提取流量信息?；诘凸膯纹瑱C(jī)搭建渦街流量計抗強(qiáng)瞬