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渦街流量計用不同校正方法時頻率方差的對比 |
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| 發布日期：2021-01-25 點擊：1648次 |
針對渦街流量計易受強周期振動干擾這一關鍵難題，在渦街流量傳感器輸出的渦街流量信號、周期振動干擾和同頻信號的數學模型，找到這三類信號的波動性差異。基于波動性差異提出基于頻率方差的單傳感器抗振算法，并驗證了頻率方差抗振方法的有效性。頻率方差算法的處理流程為：(1)計算ｍ次FFT，提取每個幅值譜中n個有效峰值對應的峰值頻率；(2)校正每個峰值頻率得到nｘm個頻率估計；(3)分別計算ｎ組ｍ個頻率估計的方差；(4)選取最大頻率方差并保存其對應的頻率估計fｍ;(5)若Kmax大于方差閾值Vth，則fm即為流量信號的頻率，否則說明無流量。樣本數越多，方差值越能反映信號波動的真實規律，本章取m=30次。通過測試大量實驗數據可知，50mm口徑渦街流量計輸出的渦街流量信號的頻率方差一般不低于0.02。因此，設置Vth＝0.02。
該頻率方差方法需要盡量避免圖3.4所示的校正誤差。但是，當周期振動的能量很大、渦街流量傳感器輸出信號飽和、或振動基頻偏低(10HZ～50HZ)，這幾種情況都易引入諧波干擾。若振動基頻或諧波干擾的信噪比偏低，且干擾頻率接近采樣周期的整數倍時，釆用RWAR校正方法極易出現校正方向判斷錯誤的情況，最終影響頻率方差方法的可靠性，如圖3.19所示。這也是實驗結果中振動能量不能繼續增加的主要限制因素。
無流量時，由圖3.17所示的振動臺提供30HZ的水平周期振動干擾，振動幅度為0.6mm。用示波器采集渦街流量計傳感器的輸出信號。此時，輸出信號的時域波形和頻域幅值譜的局部放大圖如圖3.18所示。采樣頻率為2500HZ，采樣時間為10s，FFT點數為2048。由圖3.18(b)可知，振動基波真實頻率為30HZ，其峰值頻率為30.52HZ;二次諧波真實頻率為60HZ，其峰值頻率為59.81HZ.
對10S采樣數據，計算69次FFT，分別用RWAR方法和RWBWFCR方法對二次諧波峰值進行頻率估計；分別計算每相鄰30個頻率估計的方差.采用不同方法校正時得到的頻率方差對比圖如圖3.19所示。從圖3.19可以看出：(1)由于RWAR校正方法的抗噪能量較差，導致校正方向判斷錯誤。增大了頻率估計的誤差，使諧波干擾的方差超過了最終頻率方差方法將誤認為諧波干擾為流量頻率，影響渦街流量計測量的準確性；(2)RWBWFCR校正方法的抗噪能力較強，真實體現了干擾信號波動小的規律，保障了頻率方差方法的可靠性。
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