強管道振動下渦街流量計的信號建模與處理方法.pdf

1、渦街流量計由于結構簡單、使用壽命長、能夠測量多種介質等優(yōu)點，被廣泛應用于電力行業(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，這將嚴重影響到渦街流量計測量的準確性。因此，為了增強渦街流量計在復雜工況下測量的可靠性，研究其抗強

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)幅值調制和頻率調制的特性，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。
　　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合加權平均的頻率加權修正方法(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。將該方法應用于基于頻率方差的抗強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，設計瞬態(tài)沖擊振動實驗方案，進行大量的實驗。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)學模型和其彈性振蕩規(guī)律的可靠性，為抗強瞬態(tài)沖擊振動干擾的研究奠定了基礎。
　　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搭建渦街流量計抗強瞬