[發明專利]基于EMD和頻譜校正的兩相渦街信號處理方法

在審

• 申請號: 201810049784.5
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108469281A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 王超;李金霞;丁紅兵;張哲曉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01F1/32
• 分類號: G01F1/32
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種基于EMD和頻譜校正的兩相渦街信號處理方法，包括：將原始時域渦街信號進行EMD分解；分別計算各個IMF分量的自相關函數；根據自相關函數衰減的特點，判斷噪聲與信號起主導作用的模態分界點k，將IMF分量分為噪聲為主導(IMF₁～IMF_k)和信號為主導(IMF_k+1～IMF_N)兩部分；對噪聲占主導的信號IMF₁～IMF_k進行小波軟閾值濾波；重構原始信號得到去噪后信號y(t)；對去噪后信號y(t)，通過頻譜校正來提高兩相渦街的主頻提取精度。

技術領域

本發明屬于兩相流量測量領域，涉及一種基于EMD濾波和頻譜校正的兩相渦街信號處理方法。

背景技術

兩相流動廣泛存在于工業生產和日常生活中，其中低含液率工況十分常見，如天然氣開采中由于工況改變析出凝析油，從而形成氣液兩相流(即濕氣)[1]，以及由于熱量損失、蒸汽發生凝結而形成的汽液兩相流(即濕蒸汽)[2]。濕氣和濕蒸汽的參數測量(流量、干度等)是過程控制、設備安全運行的重要參數。例如，在熱力采油中，向油井注入的高溫高壓濕蒸汽的干度和流量，對采油效率和能耗有重要影響[3]；對蒸汽透平和核電站的汽輪機中，蒸汽干度嚴重影響做功效率和葉片壽命[4]。此外，濕蒸汽和濕氣的準確計量對于管道輸運、貿易結算有重要影響，直接關系到環境保護、能源管理和充分利用。

渦街流量計作為一種速度式流量計，因其測量范圍寬、壓降小、無可動部分、耐高溫高壓等特點，被廣泛應用于濕氣[5]-[6]和濕蒸汽的在線測量[7]-[8]。渦街流量計還可與其他類型的流量計組合使用，進行雙參數(流量、干度)的測量[9]-[10]。為提高渦街頻率提取精度，人們提出了不同的信號處理方法，如卡爾曼濾波[11]、小波分析[12]、自相關方法[13]、Hilbert-Huang變換[14]等。

上述信號處理方法都是針對單相流體測量，對于單相渦街信號處理都有較好的效果。然而在兩相流測量中，受離散液相影響，渦街信號幅值降低、質量下降，且液相產生的水動力噪聲與旋渦一同產生，其頻率與渦街頻率非常接近，因此非常難以消除。此外，在利用FFT進行頻率提取時，有限采樣點引起的頻譜泄露和算法離散引起的柵欄效應，都會影響頻率提取精度。因此，從微弱信號中進行有效地特征提取、對信號頻譜進行合理校正，是提高兩相信號可靠性的關鍵。

參考文獻

[1].ISO,“Measurement of Wet Gas Flow by Means of PressureDifferential Devices Inserted in Circular Cross-section Conduits,”ISO,TR11583,Switzerland,2012.

[2].N Barton，A review of steam flowmeatering technology，London：NEL，2004.

[3].劉雨文,徐宏國.稠油熱采注汽系統效率評價研究[J].遼寧石油化工大學學報,2014,34(3):62-66.

[4].李炎鋒,王新軍,徐廷相,等.蒸汽透平中流動濕蒸汽濕度測量方法的分析與比較[J].汽輪機技術,2000,42(3):156-161.

[5].Hua C,Geng Y.Investigation on the swirlmeter performance in lowpressure wet gas flow[J].Measurement,vol 44(5),pp.881-887,2011.

[6].Stewart,D.The evaluation of dry gas meters in wet gas conditions,DTI NMSD Flow Programme 1999-2002,NEL Report No 2002-100,Noverber 2002.