[實用新型]基于自適應FFT功率譜分析的雙鈍體渦街流量計

有效

• 申請號: 201020105902.9
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN201688869U
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 傅新;胡亮;申慧敏;葉朋
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01F1/32
• 分類號: G01F1/32
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及一種測量流體流量的裝置，尤其是涉及一種基于自適應FFT功率譜分析的雙鈍體渦街流量計。?

背景技術

流體流經非流線型鈍體時，在鈍體的下游會形成卡門渦街，伴隨旋渦的交替脫落，在鈍體的下游會引發流體的振動，在一定范圍內，流體振動的頻率與流體的流速成正比。利用這一原理研制的渦街流量計在國內外已經得到較廣泛的應用。?

現有渦街流量計的主要特征是在流道內安裝一個橫截面為非流線型的鈍體，在鈍體內或者其下游安裝檢測元件，利用二次儀表對傳感器檢測到旋渦脫落或流體的振動信號進行處理，并按儀表系數折算成流體的流量。現有的渦街流量計存在兩大問題：1、可測量的流量下限較高。旋渦脫落的頻率與斯特羅哈數(Strouhal?Number)有關，關系如下：f＝(v/d)St(f為穩定的旋渦脫落的頻率，St為斯特羅哈數，v為被測流體的流速，d為鈍體的柱寬)，研究表明斯特羅哈數在一定流量范圍內是雷諾數的函數，此時被測流體的流速與旋渦脫落的頻率滿足正比關系，但雷諾數較小時，流體振動非常微弱，信噪比不能滿足檢測要求，因此現有渦街流量計的計量下限一般取在雷諾數Re＝2000左右，極大地限制了流量計的計量范圍。2、抗干擾性能差，尤其在流量小振動頻率低時，噪聲導致一次傳感器輸出信號信噪比欠佳，難以檢測有效振動信號，影響計量性能。渦街流量計是利用流體自身振動實現流體的測量，而待測系統中存在的壓力脈動或外界的振動源和噪聲源也會引起待測系統中流體的振動，這些外來的振動信號，或改變旋渦振動頻率，或直接進入二次儀表，造成計量誤差。然而傳統的模擬信號處理一般由硬件電路來實現，即流量傳感器測得的信號經過電路的放大、濾波、限幅、整形后，將脈沖信號送入微處理器進行計數，從而獲得被測介質的瞬時和累計流量。用硬件電路計算頻率，實時性好，但是對外界振動干擾敏感，機械振動和流場干擾使信號幅值變化很大，可能導致誤觸發或丟步現象，造成測量誤差，而在流量小的低頻段，這一問題尤為突出。因此，人們一般通過規定下限截止頻率，限制量程比來解決此問題，但這樣就提高了流量計計量的下限，導致量程比較小。近些年來，人們開始嘗試用數字信號處理代替硬件?電路來解決上述問題。數字信號處理技術具有靈活、精確、抗干擾性強、速度快等突出優點，這些都是模擬信號處理技術所無法比擬的。目前，用于流體振動式流量計的數字信號處理方法主要有互相關法、譜分析法、小波變換法等。其中應用的較多的是譜分析的方法，它能夠從含有噪聲的信號中提取有效振動信號的主頻率。然而，現有FFT功率譜分析方法中都采用單一的采樣頻率，由于信號頻率未知，采樣頻率一般根據香農定理，設定為2倍最大流量對應信號頻率值。同時，為滿足流量計電池供電的要求，又需采用低功耗單片機進行FFT功率譜分析，而非功耗較大的DSP，單片機有限的存儲空間限制了采樣點數。因此，現有數字信號處理方法雖有效解決了抗噪問題，改善了流量計重復性，但受單片機有限的存儲空間限制，低流速時較大的采樣頻率、較低的采樣點數將使頻率分辨率無法達到要求，從而引起測量誤差，導致流量計小流量測量性能仍不令人滿意。?

發明內容

本實用新型的目的是提供測量流量下限較低的，抗干擾性能高的一種基于自適應FFT功率譜分析的雙鈍體渦街流量計。?

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：?

本實用新型它包括管道、前鈍體、后鈍體、兩個傳感器和流量計二次儀表，在管道內裝有截面為非流線型的前鈍體和后鈍體，在后鈍體兩側對稱位置處分別裝有第一傳感器和第二傳感器。兩個傳感器通過線路分別將信號送入自適應FFT功率譜分析信號處理模塊進行處理，再將去除噪聲后的有效振動脈沖信號接到流量計二次儀表。?

所述的前鈍體和后鈍體端面之間相距為0.6DN～1.5DN，其中DN為管道的直徑，兩個鈍體其橫截面形狀為?形、?形、?形或?形。?

所述的兩個傳感器為壓電式傳感器或電容式傳感器。?

所述的由兩個傳感器組成的一次傳感器輸出信號S1分為兩路，一路信號依次經自適應FFT功率譜分析信號處理模塊中的前置放大電路、濾波電路、限幅電路、整形電路完成模擬信號處理，另一路一次傳感器輸出信號S1直接與自適應FFT功率譜分析信號處理模塊中的單片機連接，輸出的有效振動脈沖信號S3與用于流量計算的二次儀表連接。?

本實用新型具有的有益效果是：?