抗強(qiáng)振動(dòng)干擾數(shù)字渦街流量計(jì)信號(hào)處理方法研究與低功耗實(shí)現(xiàn).pdf

1、由于渦街流量計(jì)具有無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，可以適用于液體、氣體和蒸汽的測(cè)量，壓力損失小，測(cè)量精度較高和量程比較寬等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于發(fā)電廠等企業(yè)的流量測(cè)量。但是，在實(shí)際應(yīng)用中還存在著兩個(gè)問(wèn)題：在采用數(shù)字信號(hào)處理方法的同時(shí)如何實(shí)現(xiàn)低功耗及兩線制工作，以及如何在強(qiáng)噪聲的干擾下獲得準(zhǔn)確的渦街流量頻率。數(shù)字信號(hào)處理方法具有抗干擾能力強(qiáng)、精度高、量程比寬等優(yōu)點(diǎn)，一般采用DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，DSP芯片的功耗比較大，一般工作電流都在100mA以上，不能

2、滿足低功耗與兩線制的要求，而低功耗、兩線制的儀表是許多過(guò)程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需要的。同時(shí)，由于工作原理的關(guān)系，渦街流量計(jì)在工作時(shí)常常受到外界振動(dòng)干擾的影響。在振動(dòng)比較強(qiáng)的時(shí)候，渦街流量計(jì)會(huì)把振動(dòng)噪聲的頻率當(dāng)作渦街流量頻率輸出，嚴(yán)重影響測(cè)量精度。因此，研究如何在強(qiáng)噪聲的干擾下準(zhǔn)確地測(cè)得渦街流量頻率是很有現(xiàn)實(shí)意義的。
　　 為了研究出能消除強(qiáng)干擾影響的數(shù)字信號(hào)處理方法，分析了渦街流量信號(hào)幅值的變化規(guī)律，研究了渦街流量信號(hào)與機(jī)械振動(dòng)噪聲的不同

3、帶寬特征，建立了渦街流量傳感器輸出信號(hào)模型。
　　 研制了基于MSP430的低功耗、兩線制渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。在研制過(guò)程中，對(duì)實(shí)數(shù)FFT算法、測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性與系統(tǒng)響應(yīng)速度、儀表系數(shù)校正、溫度和壓力補(bǔ)償、4～20mA電流輸出，以及脈沖輸出等關(guān)鍵技術(shù)做了相應(yīng)的改進(jìn)。在浙江迪元儀表有限公司進(jìn)行了氣流量和水流量的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力，較高的測(cè)量精度和較寬的量程比，同時(shí)，又實(shí)現(xiàn)了低功耗與兩線制工作

4、。
　　 基于單傳感器，提出了計(jì)算功率極值算法以及數(shù)字濾波結(jié)合自相關(guān)算法兩種抗強(qiáng)干擾數(shù)字信號(hào)處理方法。計(jì)算功率極值算法將傳統(tǒng)的自適應(yīng)FIR維納濾波器進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)計(jì)算功率極值來(lái)確定渦街流量頻率。數(shù)字濾波結(jié)合自相關(guān)算法采取先數(shù)字濾波再計(jì)算自相關(guān)，然后根據(jù)自相關(guān)函數(shù)的衰減程度的方法來(lái)計(jì)算渦街流量頻率。在此基礎(chǔ)上，研制了基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾數(shù)字渦街流量計(jì)系統(tǒng)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在噪聲能量大于渦街流量信號(hào)能量的情況下，基于單傳感器的

5、抗強(qiáng)干擾數(shù)字渦街流量計(jì)系統(tǒng)能獲得準(zhǔn)確的渦街流量頻率。
　　 基于雙傳感器，通過(guò)仿真驗(yàn)證了自適應(yīng)噪聲抵消算法的有效性，同時(shí)，提出了另一種抗強(qiáng)干擾數(shù)字信號(hào)處理方法：頻域相減結(jié)合計(jì)算頻率方差法。該方法根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇算法：當(dāng)流量傳感器輸出信號(hào)頻譜中的峰值個(gè)數(shù)與振動(dòng)傳感器的個(gè)數(shù)不相等時(shí)，采用頻域相減算法；當(dāng)流量傳感器輸出信號(hào)頻譜中的峰值個(gè)數(shù)與振動(dòng)傳感器的個(gè)數(shù)相等時(shí)，采用計(jì)算頻率方差算法。研制了基于雙傳感器的抗強(qiáng)干擾數(shù)字渦街流量計(jì)系統(tǒng)。