抗強振動干擾數(shù)字渦街流量計信號處理方法研究與低功耗實現(xiàn).pdf

1、由于渦街流量計具有無機械可動部件，可以適用于液體、氣體和蒸汽的測量，壓力損失小，測量精度較高和量程比較寬等優(yōu)點，因此被廣泛用于發(fā)電廠等企業(yè)的流量測量。但是，在實際應(yīng)用中還存在著兩個問題：在采用數(shù)字信號處理方法的同時如何實現(xiàn)低功耗及兩線制工作，以及如何在強噪聲的干擾下獲得準(zhǔn)確的渦街流量頻率。數(shù)字信號處理方法具有抗干擾能力強、精度高、量程比寬等優(yōu)點，一般采用DSP芯片來實現(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程工業(yè)現(xiàn)場所需要的。同時，由于工作原理的關(guān)系，渦街流量計在工作時常常受到外界振動干擾的影響。在振動比較強的時候，渦街流量計會把振動噪聲的頻率當(dāng)作渦街流量頻率輸出，嚴(yán)重影響測量精度。因此，研究如何在強噪聲的干擾下準(zhǔn)確地測得渦街流量頻率是很有現(xiàn)實意義的。
　　 為了研究出能消除強干擾影響的數(shù)字信號處理方法，分析了渦街流量信號幅值的變化規(guī)律，研究了渦街流量信號與機械振動噪聲的不同

3、帶寬特征，建立了渦街流量傳感器輸出信號模型。
　　 研制了基于MSP430的低功耗、兩線制渦街流量計數(shù)字信號處理系統(tǒng)。在研制過程中，對實數(shù)FFT算法、測量結(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。在浙江迪元儀表有限公司進行了氣流量和水流量的標(biāo)定實驗。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)具有較強的現(xiàn)場抗干擾能力，較高的測量精度和較寬的量程比，同時，又實現(xiàn)了低功耗與兩線制工作

4、。
　　 基于單傳感器，提出了計算功率極值算法以及數(shù)字濾波結(jié)合自相關(guān)算法兩種抗強干擾數(shù)字信號處理方法。計算功率極值算法將傳統(tǒng)的自適應(yīng)FIR維納濾波器進行改進，通過計算功率極值來確定渦街流量頻率。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計算渦街流量頻率。在此基礎(chǔ)上，研制了基于單傳感器的抗強干擾數(shù)字渦街流量計系統(tǒng)。仿真和實驗結(jié)果表明，在噪聲能量大于渦街流量信號能量的情況下，基于單傳感器的

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