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數(shù)字信號處理在渦街流量計(jì)中應(yīng)用的情況
關(guān)鍵字:渦街流量計(jì),流量計(jì)    日期:2012-9-11 8:20:02

     數(shù)字信號處理技術(shù)用于渦街流量計(jì)起始于20世紀(jì)90年代初期。國內(nèi)外專家、學(xué)者都為此做了大量的研究工作。
    1.國外研究情況
    (1) Schlatter等人研究了渦街流量計(jì)工作條件下的噪聲情況,提出了強(qiáng)干擾條件下信號處理方案。對于渦街流量計(jì)來說,
強(qiáng)噪聲有以下特點(diǎn):
    ①幅值與渦街信號的幅值相當(dāng)或高于渦街信號;
    ②頻率在旋渦頻率范圍內(nèi);
    ③當(dāng)管道等條件一定時,噪聲的頻率是一定的。
    但是噪聲信號與渦街信號特性不同,渦街信號變化是緩慢地變換到頻域,結(jié)果是一寬帶信號;而對于不確定的管道,噪
聲是恒定的變換到頻域,是一窄帶信號。
    針對噪聲的特點(diǎn),提出頻域轉(zhuǎn)換和互相關(guān)功率譜相結(jié)合的方法來消除測量過程中的強(qiáng)噪聲。
    (2) Kawano研究采用自適應(yīng)低通濾波方法提高渦街流量計(jì)的信噪比。采用自適應(yīng)低通濾波信號截止識別器,根據(jù)信號頻
率來調(diào)整濾波器的截止頻率,改善渦街流量計(jì)的抗干擾性能。
    (3)研究工作環(huán)境噪聲的影響,采用FFT的頻譜分析來計(jì)算旋渦信號頻率,提高了測量精確度。
    在國外有許多渦街流量計(jì)生產(chǎn)公司,他們對于數(shù)字信號處理有一些獨(dú)到之處,比如:
    (1)Rosemount公司開發(fā)數(shù)字跟蹤濾波器(digital tra。king fil-ter)專用芯片,以此為核心,構(gòu)成渦街流量計(jì)數(shù)字信號處理系
統(tǒng)。數(shù)字跟蹤濾波器由一系列截止頻率不同的高、低通濾波器組成。微處理器根據(jù)信號特點(diǎn),選擇合適的濾波單元處理渦街
信號,提高了測量的可靠性和精確度,其產(chǎn)品以8800系列為代表。
    (2) Foxboro公司采用自適應(yīng)濾波(adaptive filter)技術(shù)處理渦街信號。渦街信號通過帶通濾波器進(jìn)行處理,帶通濾波器的截
止頻率根據(jù)渦街信號的頻率動態(tài)調(diào)整。當(dāng)被測信號頻率變化很小時,濾波器的轉(zhuǎn)折頻率設(shè)置為跟蹤頻率變化;當(dāng)測量頻率變
化較大時,設(shè)置為搜索頻率模式,初始化濾波器,重新測量渦街信號頻率,這樣就避免了濾波跟蹤到噪聲頻率。
    (3)日本橫河公司在結(jié)構(gòu)上采用抗振設(shè)計(jì)。把兩個壓電敏感元件設(shè)置在以振動零彎矩點(diǎn)為中心的對稱位置上,減小振動
噪聲的影響。在信號處理方面采用頻譜信號處理( spectral singalprocessing)技術(shù),利用頻譜分析的結(jié)果,結(jié)合最佳噪聲比搜索算
法,調(diào)整帶通濾波器,消除噪聲,提高流量測量精度和范圍度。其產(chǎn)品以YEWELO -E型和DY型為代表產(chǎn)品。
    2.國內(nèi)研究情況
    渦街信號數(shù)字處理技術(shù)在國內(nèi)尚處于研究階段。20世紀(jì)90年代初,國內(nèi)已開始這方面的研究。重慶大學(xué)采用自適應(yīng)算法
建立流量信號的五階自回歸模型,計(jì)算功率譜,確定信號主頻率;重慶工業(yè)自動化儀表研究所、北京公用事業(yè)研究所通過大
量的實(shí)驗(yàn),研究渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、檢測元件的設(shè)計(jì)和安裝方式,解決現(xiàn)場的振動問題;長沙礦山研究院與浙江大學(xué)合作開
展渦街流量計(jì)抗振性能研究;哈爾濱工業(yè)大學(xué)將自適應(yīng)處理方法用于渦街流量計(jì),采用線性預(yù)測譜估計(jì)法進(jìn)行頻譜分析獲得
希望的信號頻率。
    在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)處理渦街信號這一領(lǐng)域里,合肥工業(yè)大學(xué)的專家學(xué)者們進(jìn)行更加廣泛的研究工作,所采用的數(shù)字處理方
法有:
    ①基于FFT的經(jīng)典譜分析方法;
    ②基于Burg算法的現(xiàn)代譜估計(jì)方法;
    ③自適應(yīng)陷波方法;
    ④小波分析方法;
    ⑤功率譜分析方法和互相關(guān)方法;
    ⑥自適應(yīng)濾波方法。
    在研究工作的基礎(chǔ)上,他們研制成功以數(shù)字信號處理器(DSP)為核心的渦街流量計(jì)信號處理系統(tǒng)。他們在這一領(lǐng)域所
做的工作受到國內(nèi)同行的密切關(guān)注,必將推動渦街流量計(jì)的信號處理技術(shù)向更高水平發(fā)展。
    總體來說,國內(nèi)在渦街信號處理技術(shù)方面,尚處在研發(fā)階段,還有待進(jìn)一步深入。在工程化方面還有待更廣泛的驗(yàn)證與
應(yīng)用。
    隨著數(shù)字信號處理技術(shù)在渦街流量計(jì)中的應(yīng)用,困擾渦街流量計(jì)進(jìn)一步發(fā)展的振動問題、電磁干擾問題、測量下限問題
都將得到更好的解決,給渦街流量計(jì)的發(fā)展帶來更廣闊的前景。

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