[發(fā)明專(zhuān)利]一種頻率方差計(jì)算與幅值運(yùn)算相結(jié)合的渦街流量計(jì)抗管道振動(dòng)方法與系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811275401.2
• 申請(qǐng)日: 2018-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109238379B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐科軍;黎翱;熊偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01F1/32
• 分類(lèi)號(hào): G01F1/32;G01F15/02
• 代理公司: 合肥金安專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 34114
• 代理人: 彭超

本發(fā)明涉及流量檢測(cè)領(lǐng)域，為針對(duì)單傳感結(jié)構(gòu)的一種頻率方差計(jì)算與幅值運(yùn)算相結(jié)合的渦街流量計(jì)抗管道振動(dòng)方法與系統(tǒng)。渦街流量傳感器的輸出信號(hào)中，流量信號(hào)的頻率方差較大，管振動(dòng)的頻率方差較小。但是，當(dāng)信噪比差時(shí)，會(huì)出現(xiàn)頻率方差大于流量頻率方差的振動(dòng)諧波。當(dāng)流量信號(hào)和管道振動(dòng)頻率相同時(shí)，信號(hào)的幅值會(huì)間歇性地突然增大或減小，導(dǎo)致測(cè)量出錯(cuò)。所以，通過(guò)對(duì)渦街流量傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，然后，進(jìn)行頻譜峰值的頻率方差的計(jì)算，同時(shí)，對(duì)頻譜峰值的幅值進(jìn)行運(yùn)算，排除振動(dòng)諧波干擾，解決同頻信號(hào)測(cè)量出錯(cuò)的問(wèn)題，即采用頻率方差計(jì)算結(jié)合頻譜幅值運(yùn)算的方法提取渦街流量頻率，有效地提高渦街流量計(jì)的抗管道振動(dòng)的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流量檢測(cè)領(lǐng)域，為一種渦街流量計(jì)的信號(hào)處理方法和系統(tǒng)，特別是一種頻率方差計(jì)算與幅值運(yùn)算相結(jié)合的渦街流量計(jì)抗管道振動(dòng)方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

渦街流量計(jì)適用于液體、氣體和飽和蒸汽等多種介質(zhì)的流量測(cè)量，同時(shí)，因?yàn)槠錈o(wú)機(jī)械可動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢靠和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。由于渦街流量計(jì)是一種基于流體振動(dòng)原理的流量計(jì)，所以，特別容易受到管道振動(dòng)干擾的影響。而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)普遍存在電機(jī)、水泵和閥門(mén)等設(shè)備，其工作都會(huì)引起管道的振動(dòng)。特別是當(dāng)渦街傳感器輸出信號(hào)中的管道振動(dòng)干擾能量大于流量信號(hào)能量時(shí)，一般的數(shù)字信號(hào)處理方法無(wú)法從含有噪聲的信號(hào)中提取出流量信息。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究渦街流量計(jì)的抗管道振動(dòng)方法。一般的渦街流量計(jì)只有一個(gè)傳感器，這個(gè)傳感器既感受流量信息，又感受振動(dòng)信息，稱(chēng)為基于單傳感器的渦街流量計(jì)。為了提取更多的信息，有的渦街流量計(jì)采用雙傳感器結(jié)構(gòu)，其中，一個(gè)傳感器主要感受流量信息，另一個(gè)傳感器主要感受振動(dòng)信息，稱(chēng)為基于雙傳感器的渦街流量計(jì)。

對(duì)于基于雙傳感器結(jié)構(gòu)的渦街流量計(jì)，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公布了一種基于雙傳感器結(jié)構(gòu)的抗強(qiáng)干擾的數(shù)字渦街流量計(jì)(徐科軍，羅清林，王剛，劉山三，康一波，石磊，徐銀江.基于雙傳感器結(jié)構(gòu)的抗強(qiáng)干擾的數(shù)字渦街流量計(jì)，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利，CN 101701834 B，授權(quán)公告日：2013.01.23.)。在這種渦街流量計(jì)的兩個(gè)傳感器中，一個(gè)傳感器感受流量信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)，另一個(gè)傳感器感受振動(dòng)噪聲和微弱的流量信號(hào)。電路部分以單片機(jī)為核心，采用頻域相減和計(jì)算頻率方差相結(jié)合的方法計(jì)算瞬時(shí)頻率，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的不同情況進(jìn)行切換，判斷出流量信息和振動(dòng)噪聲，提取出流量信息。但是，這種基于雙傳感器結(jié)構(gòu)的抗強(qiáng)干擾的數(shù)字渦街流量計(jì)存在以下不足：(1)對(duì)兩個(gè)渦街流量傳感器的機(jī)電特性和封裝工藝要求極高，否則，當(dāng)出現(xiàn)用截止頻率和截止幅值無(wú)法去除的諧波干擾時(shí)，會(huì)導(dǎo)致對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的判斷失誤，進(jìn)而造成測(cè)量錯(cuò)誤。(2)對(duì)兩個(gè)渦街傳感器感受渦街流量信號(hào)和振動(dòng)噪聲的靈敏度差異有較高的要求，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)較難滿足該方法需要的靈敏度差異的設(shè)計(jì)要求。

針對(duì)基于單傳感器結(jié)構(gòu)的渦街流量計(jì)的抗振動(dòng)方法，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公布了一種基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)(徐科軍，羅清林，王剛，劉山三，康一波，石磊，徐銀江.基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利，CN 101644590 B，授權(quán)公告日：2010.12.08.)。該發(fā)明專(zhuān)利根據(jù)渦街流量信號(hào)和機(jī)械振動(dòng)噪聲具有不同的頻率帶寬特征，而自相關(guān)函數(shù)可以反映信號(hào)的帶寬特征，通過(guò)對(duì)渦街流量傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、帶通濾波和自相關(guān)計(jì)算，確定渦街流量信號(hào)的頻率。該發(fā)明專(zhuān)利通過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，取得較好的抗振動(dòng)干擾效果。但是，這種基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)也存在不足：(1)自相關(guān)計(jì)算量大，在實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足渦街流量計(jì)低功耗的要求，只能減少自相關(guān)點(diǎn)數(shù)。(2)點(diǎn)數(shù)較少的自相關(guān)計(jì)算，出現(xiàn)渦街信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)衰減曲線存在波動(dòng)而并非完全是單向的，因此，難以準(zhǔn)確獲取需要的自相關(guān)函數(shù)幅值的比值，容易造成結(jié)果的誤判。