涡街流量计信号处理技术的研究

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涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制的速度式流量测量仪表,自上世纪七、八十年代以来在我国得到了飞速发展和广泛应用。与传统的流量计相比,涡街流量计具有很多突出的优点。但是,在实际应用中,由于工业现场中各种干扰因素的影响,使得涡街流量计的输出信号中含有不可忽略的高频、低频和随机干扰,导致实际测量精度达不到指标规定的要求。特别是测量小流量时,由于产生的信号微弱,常常难以与噪声区分,给测量带来很大的困难。   本文通过对涡街传感器输出信号的分析,建立了定常流和周期脉动流情况下的涡街信号数学模型和Simulink仿真模型,深入研究了周期性脉动流下涡街信号特点,针对脉动流时产生的“锁定现象”,采用自适应陷波方法来跟踪涡街信号频率,利用解调原理计算脉动频率,并建立噪声模板判定涡街信号中的噪声情况。   频谱分析法本身具有抽取特定频率的功能,具有较好的抗干扰能力,能确定出代表流速的主频率。本文针对基于FFT的周期图法存在的问题,介绍了离散傅里叶变换(DFT)方法,并提出了改进方案用于分析涡街流量计输出信号。仿真结果表明,DFT改进方案能更好的抽取出信号主频率,提高测量精度。   结合小波分析的特性,将小波变换应用于涡街信号。采用小波阈值去噪方法对涡街传感器输出信号进行处理,并在常规软、硬阈值方法的基础上提出了一种改进的小波阈值选取方法。MATLAB软件仿真实验结果表明,该方法对涡街信号提取和噪声去除效果良好,有利于扩大涡街流量计的量程范围,提高测量精度。
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