當具備一定雷諾數(shù)的穩(wěn)定流體流過一個與流動方向垂直放置的漩渦發(fā)生體時,渦街流量計漩渦發(fā)生體下游兩側會產(chǎn)生交替分離的漩渦,漩渦的分離頻率與來流速度成正比關系。渦街傳感器通過在一個特定形狀的漩渦發(fā)生體下游放置一個壓電晶體壓力傳感器,將漩渦分離產(chǎn)生的壓力變化轉換為電信號。在理想狀態(tài)下,渦街傳感器產(chǎn)生的信號為一個正弦信號,即
因渦街自然信號衰落現(xiàn)象的存在,以及管道中流場不穩(wěn)定產(chǎn)生的壓力變化,渦街信號的幅值與瞬時相位在一定范圍內(nèi)隨機變化。因此實際上的渦街信號為一個隨機的調(diào)幅調(diào)頻信號,即
其中,為渦街信號的隨機頻率偏移,其對應的概率密度函數(shù)為零均值高斯分布。
在實際的工作環(huán)境中,渦街傳感器不可避免地會混入50Hz工頻干擾、高斯白噪聲信號以及一些機械震動信號。因此總的渦街信號為
其中,K為工頻干擾的幅度;為高斯白噪聲;為高斯白噪聲的方差;為機械震動噪聲信號。機械震動噪聲有多種來源,其特征也不盡相同。常見的機械震動噪聲信號有兩大類:
(1)持續(xù)性震動噪聲。機械泵等動力設備運行時會產(chǎn)生震動或者流體壓力變化。當震動的幅值較大時,會持續(xù)干擾渦街流量計的脈沖計數(shù),產(chǎn)生持續(xù)誤差。
(2)突發(fā)性震動噪聲。管道閥門開關會產(chǎn)生壓力突變,意外撞擊也會產(chǎn)生強烈震動。這種干擾信號突發(fā)峰值較高,但會隨時間以指數(shù)快速衰減,會對渦街流量計的脈沖計數(shù)產(chǎn)生瞬時隨機干擾。
持續(xù)性震動噪聲特征與單頻正弦信號幾乎相同,可以表示為
突發(fā)性震動噪聲特征為指數(shù)衰減的單頻正弦信號,可以表示為
由上述信號模型可以得知,渦街流量計信號為寬帶信號,震動干擾信號為窄帶信號。