渦街流量計信號處理的若干新方法的研究.pdf

1、21世紀過程工業(yè)、能量計量、城市公用事業(yè)等的發(fā)展對流量測量的需求急劇增長，流量計量是關乎國計民生的一項重要工作。 近幾十年來，微電子技術和計算機技術的飛躍發(fā)展極大地推動儀表更新?lián)Q代，促使儀表迅速發(fā)展，新型流量計如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。渦街流量計以其獨特的優(yōu)點，是其中一種具有極大發(fā)展?jié)摿Φ牧髁坑?。在渦街流量計研究的進程中，渦街流量信號處理始終是國內(nèi)外流量測量領域里研究的熱點。本文從若干角度對渦街流量信號進行了研究。 論文首先

2、研究了渦街信號和噪聲的特性關系。對渦街流量測量中主要的三個干擾分量：振動干擾、脈動干擾、非線性干擾的特征性質(zhì)進行了總結(jié)歸納和相關計算驗證工作。對振動干擾的來源進行了分析，列舉了實驗數(shù)據(jù)來闡述振動干擾對渦街測量的影響；課題中用數(shù)學推導的方法闡述了脈動干擾產(chǎn)生的原因，并列舉了實驗分析頻譜圖來說明脈動干擾對渦街測量的影響；針對渦街非線性干擾噪聲性質(zhì)的研究，論文由非線性混沌理論，計算了渦街流量信號的李亞普洛夫指數(shù)及盒維數(shù)，從而證明了渦街背景噪聲

3、具有的混沌特性。這部分的研究工作有利于整體理解和把握渦街流量信號的本質(zhì)特征，為后續(xù)的研究工作打下鋪墊。 考慮到振動干擾是影響渦街測量的最主要干擾，文中研究了獲取管道振動噪聲干擾特征的方法，詳細介紹了基于加速度傳感器的管道振動信號的采集。結(jié)合渦街流量信號和管道振動信號的頻譜分析結(jié)果，文中指出管道振動加速度信號頻率和渦街流量信號的主要干擾分量頻率正相關，且一一對應。研究表明可以通過獲取管道振動加速度信號特征，從而間接獲得渦街流量信號

4、中最主要噪聲的頻率特征，基于這一研究結(jié)論，課題以管道振動信號的特征信息為參考輸入，通過自適應濾波算法有效實現(xiàn)了渦街流量信號的濾波。 鑒于低流速的渦街流量信號具有顯著的非線性特征，為了較好的對該流速段的渦街流量信號進行處理，論文引入適合于非線性信號分析的經(jīng)驗模態(tài)分解法，并對之進行了算法的改進，提出了基于時間尺度分析的經(jīng)驗模態(tài)分析方法(TEMD)，基于TEMD算法，論文對仿真的渦街流量信號和實測的渦街流量信號進行了計算仿真，發(fā)現(xiàn)TE

5、MD法能較小波分解方法在對渦街流量非線性信號的處理過程中表現(xiàn)出更好的適應性，渦街信號分量的模態(tài)分解較好，渦街信號頻率的計算精度和小波分析的計算精度接近，然而，在計算過程中，由于基于TEMD分解的濾波技術用到高次樣條插值，則計算時間的花銷遠比小波分解計算時間多。另外，論文還探討了基于高次樣條插值的TEMD算法效率。由大量實驗數(shù)據(jù)分析得到的全流速范圍內(nèi)渦街流量信號的波形特征，論文將渦街流量信號模型簡化，抽取出主要的信號成分組成渦街典型波形，

6、基于該典型特征，文中探索了基于整流的閾值自適應算法、信號波形分析法和閾值的脈寬估計法這三種方法，并總結(jié)提出了基于智能時域分析的渦街流量信號處理方法。該方法以波形分析理論為依據(jù)，通過智能閾值跟蹤和脈寬估算，能在滿足實時性的要求下實現(xiàn)較低信噪比渦街信號的測量；給出了以單片機μPSD3251為核心的智能時域算法的軟件和硬件實現(xiàn)方案，并對整個系統(tǒng)的測量性能和閡值跟蹤能力進行了分析。 綜上所述，本文取得了以下創(chuàng)新成果： 1．對渦街

7、流量三類干擾信號的研究進行了歸納總結(jié)，并首次驗證了渦街流量非線性干擾信號的混沌特性。 2．通過加速度傳感器采集管道振動加速度信號，數(shù)據(jù)分析表明該方法獲得的管道振動信號特征能夠反映渦街流量信號主要干擾特征。文中設計了自適應濾波器，以管道振動信號特征為參考輸入，實現(xiàn)了對渦街信號振動干擾的濾波。 3．對低流速的渦街流量信號進行了非線性信號處理方法的研究，提出了基于時間尺度分析的經(jīng)驗模態(tài)分解方法，并研究了該方法對渦街流量信號處理