[發明專利]基于雙傳感器的抗強干擾的數字渦街流量計

有效

• 申請號: 200910185439.5
• 申請日: 2009-11-10
• 公開（公告）號: CN101701834A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 徐科軍;羅清林;王剛;劉三山;康一波;石磊;徐銀江
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學;重慶川儀自動化股份有限公司
• 主分類號: G01F1/32
• 分類號: G01F1/32
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 范克明

技術領域

本發明涉及流量檢測領域，為一種渦街流量計，特別是一種以單片機(MCU)為核心、 基于雙傳感器的抗強干擾數字渦街流量計。

背景技術

渦街流量計應用于工業現場測量時，由于管道與水泵、閥門和電動機等設備相連，所 以，流量計常常受到機械振動的干擾。在有些情況下，機械振動噪聲的能量比較大，有時 甚至大于渦街流量信號的能量，并且其頻率在渦街流量信號頻率范圍內。針對這種情況， 采用通常的頻譜分析很難從噪聲中提取渦街流量信息，因為通常頻譜分析的前提是流量信 號的能量要大于噪聲能量。為此，中國發明專利公布了一種抗強固定干擾的渦街流量計數 字信號處理系統(徐科軍，朱志海，劉三山，姜鵬.抗強固定干擾的渦街流量計數字信號 處理系統，申請發明專利，200910116107.1，申請日：2009.1.21.)。考慮到當現場設備和 管道安裝好之后，振動的頻率就固定下來了這個實際情況，該發明專利提出以下方案來解 決此問題：(1)采集渦街傳感器的信號進行頻譜分析，根據渦街流量信號是寬帶信號和固 定振動信號是窄帶信號的特點，以及現場設備的有關參數，例如電機的轉速等，確定出管 道的固定干擾頻率；(2)根據固定干擾頻率，設計陷波濾波器，以陷掉固定干擾信號。但 是，在有些情況下，振動干擾頻率是變化的，這種信號處理方法就不適用了。為此，中國 發明專利公布了一種以單片機(MCU)為核心、基于單傳感器的抗強干擾的渦街流量計數字 信號處理系統(徐科軍，羅清林，王剛，劉三山，康一波，石磊，徐銀江.基于單傳感器 的抗強干擾的渦街流量計數字信號處理系統，申請發明專利，200910144877.7，申請日： 2009.9.8.)。渦街流量信號和機械振動噪聲具有不同的頻率帶寬特征，而自相關函數可以 反映出信號的帶寬特征。通過對渦街流量傳感器的輸出信號進行頻譜分析、帶通濾波和自 相關計算，確定渦街流量信號的頻率。

國外SCHLATTER，Gerald，L.提出在建立噪聲模板和信號模板的基礎上，用頻域轉換 和互相關功率譜相結合的方法來消除渦街流量計中的強噪聲(“Signal?processing?method?and apparatus?for?flowmeter“，WO?90/04230，19?April?1990)。但是，噪聲情況各種各樣，不易獲 得噪聲的所有模板。并且，專利沒有說明如何建立信號和噪聲的模板。

發明內容

本發明專利的技術方案是：采用雙渦街流量傳感器，通過適當的安裝，使其中一個傳 感器感受流量信號和振動噪聲(以下簡稱流量傳感器)，另一個傳感器感受振動噪聲和微弱 的流量信號(以下簡稱振動傳感器)。采用頻域相減和計算頻率方差相結合的算法，根據現 場的不同情況來進行切換。首先通過基于快速傅里葉變換(FFT)的幅值譜分析，計算兩 個傳感器輸出信號中幅值譜峰值的個數。當流量傳感器輸出信號中頻譜峰值的個數減去振 動傳感器的個數大于或等于1時，認為有流量且其頻率與振動頻率不同，此時，采用頻域 相減的方法；當流量傳感器輸出信號中頻譜峰值的個數與振動傳感器的個數相等時，此時 會有兩種情況：(1)只有振動；(2)流量與振動為同一個頻率。當只有振動時，儀表應該只 輸出0；當流量與振動為同一個頻率時，儀表應該輸出流量的頻率。為了區別這兩種情況， 本發明專利提出計算頻率方差的方法。該算法的原理是：管道內流動介質的紊流、脈動以 及流場的不穩定對旋渦發生體施加了不規則的附加作用，使得渦街流量信號的實際頻率在 理想頻率的左右擺動。而機械振動噪聲是由水泵、風機等設備的機械外力引起的，在實際 中，其頻率基本不變。所以，當只有振動時，其頻率的方差比較??；當流量與振動為同一 個頻率時，傳感器的輸出信號是兩種共同作用的結果，所以，頻率的跳動會比較大，方差 也就比較大。通過設定適當的閾值，就可以將這兩種情況區別開來。

本發明專利的優點是：采用兩個傳感器，采用頻域相減和計算頻率方差相結合的方法， 判斷出流量信息和振動噪聲，提取出流量信息，即使在渦街流量信號能量小于噪聲能量時， 仍然能夠得到準確的渦街流量信號頻率，從而排除強噪聲的干擾，確保現場測量精度。

附圖說明

圖1是雙傳感器安裝主視圖。

圖2是雙傳感器安裝側視圖。

圖3是系統硬件結構框圖。

圖4是系統軟件結構框圖。

圖5是主監控程序流程圖。

圖6是算法流程圖。