1.一種基于標準差的渦街頻率隨機共振控制檢測方法,其特征在于,包括如下步驟:
(1)采集渦街流量計輸出信號H(t),該信號可表示為H(t)=A0cos(2πf0t)+Γ(t),A0cos(2πf0t)是旋渦波動信號,Γ(t)是噪聲信號,A0為旋渦波動信號幅值,f0為旋渦波動信號頻率,t為時間;
(2)計算渦街流量計輸出信號標準差Std:式中,N是采樣點數(shù),Ai是渦街流量計輸出信號H(t)的幅值,是渦街流量計輸出信號H(t)的平均值;利用關系可以估算得到旋渦波動信號幅值再根據(jù)A0=k1V2可以估算管道中流體流速k1是常數(shù);最后再利用f0=SrV/d可以估算得到信號頻率式中Sr是斯特羅哈爾數(shù),d是渦街發(fā)生體迎流面寬度,以此確定控制參數(shù)調(diào)制幅值和頻率初始值;
(3)將渦街流量計輸出信號輸入到信號幅值和頻率雙調(diào)制模塊進行信號幅值和頻率雙調(diào)制過程,控制信號為頻率和幅值可變的載波信號W(t)=Accos(2πfct),其中,Ac為幅值調(diào)制參數(shù),fc為頻率調(diào)制參數(shù),通過雙調(diào)制的控制過程可表示為:
W ( t ) × H ( t ) = A c c o s ( 2 πf c t ) × [ A 0 c o s ( 2 πf 0 t ) + Γ ( t ) ] = A c A 0 2 cos [ 2 π ( f 0 - f c ) t ] + A c A 0 2 cos [ 2 π ( f 0 + f c ) t ] + Γ ( t ) × A c c o s ( 2 πf c t ) = V m 1 + V m 2 + V m 3 ]]>
式中,H(t)是步驟(1)中采集到的疊加噪聲的渦街流量計輸出信號,經(jīng)過調(diào)制可分為Vm1、Vm2、Vm3三項,信號的頻率及幅值都發(fā)生變化,其中Vm1項頻率為f0-fc,記為Δf,Vm2項頻率為f0+fc,相比Vm1項頻率較高,Vm3項是調(diào)制后的白噪聲,在雙穩(wěn)系統(tǒng)的作用下,經(jīng)過調(diào)制,Vm1將在輸出中占主導作用,雙穩(wěn)系統(tǒng)將產(chǎn)生與Vm1項頻率Δf同頻的輸出;雙穩(wěn)系統(tǒng)勢函數(shù)可表示為μ為系統(tǒng)參數(shù),系統(tǒng)閾值Vm1項幅值調(diào)制后信號幅值由A0放大Ac/2倍記為A1,A1=AcA0/2,改變調(diào)制參數(shù)Ac可以調(diào)整A1的大小,實現(xiàn)信號幅值與系統(tǒng)的匹配,即A1<At;通過調(diào)節(jié)fc可以調(diào)整輸出信號頻率Δf,實現(xiàn)頻率的匹配,一般Δf=f0-fc≤0.01Hz,可見,調(diào)制參數(shù)Ac和fc的初始值根據(jù)匹配關系及和計算得到:其中,Δf≤0.01,A1<At,且Δf和A1均為正實數(shù);渦街信號經(jīng)過調(diào)制后,輸入非線性雙穩(wěn)系統(tǒng),產(chǎn)生隨機共振;
(4)為達到最佳隨機共振效果,對調(diào)制參數(shù)Ac和fc進行優(yōu)化:以雙穩(wěn)系統(tǒng)輸出功率譜峰值為目標函數(shù),功率譜峰值越大,說明信號通過隨機共振得到增強的效果越好;通過線性搜索算法,改變Ac和fc值進行搜索,在搜索過程中,輸出功率譜峰值最大值對應的參數(shù)Ac和fc為最優(yōu)控制參數(shù);渦街信號經(jīng)過雙調(diào)制控制器輸入雙穩(wěn)系統(tǒng),功率譜峰值所在位置即隨機共振頻率為Δf,進而可以準確獲得渦街頻率f0=fc+Δf。