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渦街流量計(jì)用不同校正方法時(shí)頻率方差的對(duì)比 |
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| 發(fā)布日期：2021-01-25 點(diǎn)擊：1647次 |
針對(duì)渦街流量計(jì)易受強(qiáng)周期振動(dòng)干擾這一關(guān)鍵難題，在渦街流量傳感器輸出的渦街流量信號(hào)、周期振動(dòng)干擾和同頻信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，找到這三類(lèi)信號(hào)的波動(dòng)性差異。基于波動(dòng)性差異提出基于頻率方差的單傳感器抗振算法，并驗(yàn)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(jì)算ｍ次FFT，提取每個(gè)幅值譜中n個(gè)有效峰值對(duì)應(yīng)的峰值頻率；(2)校正每個(gè)峰值頻率得到nｘm個(gè)頻率估計(jì)；(3)分別計(jì)算ｎ組ｍ個(gè)頻率估計(jì)的方差；(4)選取最大頻率方差并保存其對(duì)應(yīng)的頻率估計(jì)fｍ;(5)若Kmax大于方差閾值Vth，則fm即為流量信號(hào)的頻率，否則說(shuō)明無(wú)流量。樣本數(shù)越多，方差值越能反映信號(hào)波動(dòng)的真實(shí)規(guī)律，本章取m=30次。通過(guò)測(cè)試大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，50mm口徑渦街流量計(jì)輸出的渦街流量信號(hào)的頻率方差一般不低于0.02。因此，設(shè)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(dāng)周期振動(dòng)的能量很大、渦街流量傳感器輸出信號(hào)飽和、或振動(dòng)基頻偏低(10HZ～50HZ)，這幾種情況都易引入諧波干擾。若振動(dòng)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(shù)倍時(shí)，釆用RWAR校正方法極易出現(xiàn)校正方向判斷錯(cuò)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(shí)驗(yàn)結(jié)果中振動(dòng)能量不能繼續(xù)增加的主要限制因素。
無(wú)流量時(shí)，由圖3.17所示的振動(dòng)臺(tái)提供30HZ的水平周期振動(dòng)干擾，振動(dòng)幅度為0.6mm。用示波器采集渦街流量計(jì)傳感器的輸出信號(hào)。此時(shí)，輸出信號(hào)的時(shí)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(shí)間為10s，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)為2048。由圖3.18(b)可知，振動(dòng)基波真實(shí)頻率為30HZ，其峰值頻率為30.52HZ;二次諧波真實(shí)頻率為60HZ，其峰值頻率為59.81HZ.
對(duì)10S采樣數(shù)據(jù)，計(jì)算69次FFT，分別用RWAR方法和RWBWFCR方法對(duì)二次諧波峰值進(jìn)行頻率估計(jì)；分別計(jì)算每相鄰30個(gè)頻率估計(jì)的方差.采用不同方法校正時(shí)得到的頻率方差對(duì)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(dǎo)致校正方向判斷錯(cuò)誤。增大了頻率估計(jì)的誤差，使諧波干擾的方差超過(guò)了最終頻率方差方法將誤認(rèn)為諧波干擾為流量頻率，影響渦街流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性；(2)RWBWFCR校正方法的抗噪能力較強(qiáng)，真實(shí)體現(xiàn)了干擾信號(hào)波動(dòng)小的規(guī)律，保障了頻率方差方法的可靠性。
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