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技术文章  

涡街流量计用不同校正方法时频率方差的对比


发布日期:2021-01-25 点击:117次
  针对涡街流量计易受强周期振动干扰这一关键难题,在涡街流量传感器输出的涡街流量信号、周期振动干扰和同频信号的数学模型,找到这三类信号的波动性差异。基于波动性差异提出基于频率方差的单传感器抗振算法,并验证了频率方差抗振方法的有效性。频率方差算法的处理流程为:(1)计算m次FFT,提取每个幅值谱中n个有效峰值对应的峰值频率;(2)校正每个峰值频率得到nxm个频率估计;(3)分别计算n组m个频率估计的方差;(4)选取最大频率方差并保存其对应的频率估计fm;(5)若Kmax大于方差阈值Vth,则fm即为流量信号的频率,否则说明无流量。样本数越多,方差值越能反映信号波动的真实规律,本章取m=30次。通过测试大量实验数据可知,50mm口径涡街流量计输出的涡街流量信号的频率方差一般不低于0.02。因此,设置Vth=0.02。
  该频率方差方法需要尽量避免图3.4所示的校正误差。但是,当周期振动的能量很大、涡街流量传感器输出信号饱和、或振动基频偏低(10HZ~50HZ),这几种情况都易引入谐波干扰。若振动基频或谐波干扰的信噪比偏低,且干扰频率接近采样周期的整数倍时,釆用RWAR校正方法极易出现校正方向判断错误的情况,最终影响频率方差方法的可靠性,如图3.19所示。这也是实验结果中振动能量不能继续增加的主要限制因素。
  无流量时,由图3.17所示的振动台提供30HZ的水平周期振动干扰,振动幅度为0.6mm。用示波器采集涡街流量计传感器的输出信号。此时,输出信号的时域波形和频域幅值谱的局部放大图如图3.18所示。采样频率为2500HZ,采样时间为10s,FFT点数为2048。由图3.18(b)可知,振动基波真实频率为30HZ,其峰值频率为30.52HZ;二次谐波真实频率为60HZ,其峰值频率为59.81HZ.

  对10S采样数据,计算69次FFT,分别用RWAR方法和RWBWFCR方法对二次谐波峰值进行频率估计;分别计算每相邻30个频率估计的方差.采用不同方法校正时得到的频率方差对比图如图3.19所示。从图3.19可以看出:(1)由于RWAR校正方法的抗噪能量较差,导致校正方向判断错误。增大了频率估计的误差,使谐波干扰的方差超过了最终频率方差方法将误认为谐波干扰为流量频率,影响涡街流量计测量的准确性;(2)RWBWFCR校正方法的抗噪能力较强,真实体现了干扰信号波动小的规律,保障了频率方差方法的可靠性。
 
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