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數(shù)字信號處理在渦街流量計中應(yīng)用的情況
關(guān)鍵字：渦街流量計,流量計 日期：2012-9-11 8:20:02
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數(shù)字信號處理技術(shù)用于渦街流量計起始于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工作條件下的噪聲情況，提出了強干擾條件下信號處理方案。對于渦街流量計來說，
強噪聲有以下特點：
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，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生產(chǎn)公司，他們對于數(shù)字信號處理有一些獨到之處，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，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。把兩個壓電敏感元件設(shè)置在以振動零彎矩點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
量的實驗，研究渦街流量計的結(jié)構(gòu)、檢測元件的設(shè)計和安裝方式，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，采用線性預(yù)測譜估計法進行頻譜分析獲得
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，還有待進一步深入。在工程化方面還有待更廣泛的驗證與
應(yīng)用。
隨著數(shù)字信號處理技術(shù)在渦街流量計中的應(yīng)用，困擾渦街流量計進一步發(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，給渦街流量計的發(fā)展帶來更廣闊的前景。 |
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