[發明專利]基于卡爾曼濾波的渦街流量計抗瞬態沖擊干擾的信號處理方法和系統

有效

• 申請號: 201610099983.8
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105737909B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 徐科軍;邵春莉;舒張平
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 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: 金惠貞

本發明涉及流量檢測領域，為一種以單片機(MCU)為核心、基于卡爾曼濾波的渦街流量計抗瞬態沖擊干擾的信號處理方法和系統。該方法包括：(1)查找包含瞬態沖擊振動干擾的數據段，(2)配置卡爾曼濾波器，(3)分段進行卡爾曼濾波，(4)頻域幅值譜分析。采用卡爾曼濾波器預測估計渦街流量信號，達到降低強瞬態沖擊振動干擾能量和比重的目的。即使存在多個瞬態沖擊振動干擾分量，且干擾能量大于渦街流量信號能量時，仍然能夠消除強噪聲的干擾，正確提取渦街流量頻率，確保渦街流量計在復雜工況情況下的測量精度。

技術領域

本發明屬于流量檢測技術領域，是基于卡爾曼濾波的渦街流量計抗瞬態沖擊干擾的信號處理方法和系統，具體涉及一種以單片機(MCU)為核心、分段卡爾曼濾波與周期圖譜分析相結合的渦街流量計抗強瞬態沖擊振動干擾的信號處理方法和系統。

背景技術

渦街流量計具有無機械可動部件、使用壽命長、測量范圍大等優點，并且適用于多種介質如液體、氣體和飽和蒸汽的測量，在流程工業中得到了廣泛應用。但是，渦街流量計是一種基于流體振動工作原理的流量計，由漩渦發生體、渦街流量傳感器和信號處理系統組成。渦街流量傳感器對管道振動非常敏感，當振動干擾能量超過流量信號能量時，常規幅值占優的頻譜分析方法無法排除該干擾，會影響到渦街流量計測量的準確性。因此，渦街流量計信號處理的難點在于如何從含有強振動干擾噪聲的混合信號中提取出渦街流量信號。管道振動干擾可分為周期性正弦振動干擾和瞬態沖擊振動干擾。

周期性正弦振動干擾主要是由應用現場的電機、氣泵、水泵等設備的機械振動產生。每個振源分別產生單一、固定頻率的振動干擾。當存在這種振動干擾時，渦街流量傳感器輸出多個不同頻率的正弦信號疊加而成的平穩信號。針對周期性正弦振動干擾，國內外的學者進行了大量的研究，取得了較好的抗周期性正弦振動干擾的效果(L.GeraldSchlatter,Douglas William Barrett,F.John Waers,H.Lee Gilbert,and J.MarkElder.Signal processing method and apparatus for flowmeters.InternationalPatent,WO90/04230,Apr.19,1990；C.-L.Shao,K.-J.Xu,and M.Fang.Frequency-VarianceBased Antistrong Vibration Interference Method for Vortex Flow Sensor[J].IEEETrans.on Instrumentation and Measurement,2014,63(6):1566-1582；羅清林.抗強振動干擾數字渦街流量計信號處理方法研究與低功耗實現[D].合肥工業大學,2010；邢娟,張濤,郝松.管道振動對渦街流量計測量影響的試驗研究[J].振動與沖擊,2009,28(3):112-115)。