摘(zhai)要:介紹了(le)渦街流量(liang)計 原理,研(yan)究了渦街(jie)信号處理(li)方法,設計(ji)了IIR和FIR數字(zi)濾波器,并(bing)用👉圖形化(hua)編程軟件(jian)Lab-VIEW進行仿真(zhen)實驗,觀察(cha)了數字濾(lü)波器在🛀渦(wo)街信号處(chu)理中的效(xiao)果。
1渦街流(liu)置計
　　流量(liang)計量是計(ji)量科學技(ji)術的組成(cheng)部分之一(yi),它與國民(min)經🌍.濟、國防(fang)建設、科學(xue)研究有着(zhe)密切的關(guan)系,随🏃🏻‍♂️着我(wo)國工農業(ye)的發展,對(dui)流體流量(liang)的計量提(ti)出了越來(lai)越多、越來(lai)⭐越高的要(yao)求,特别是(shi)在注重節(jie)省能源、提(ti)高經濟效(xiao)益和産品(pin)質量🔆的今(jin)天，流🈚量計(ji)量與🚶測試(shi)的重要性(xing)就更加突(tu)🙇‍♀️出了,并且(qie)爲越來越(yue)多的人所(suo)認識。在氣(qi)體、液體、蒸(zheng)汽的流量(liang)測量中，渦(wo)街流量計(ji)具有🙇‍♀️精度(du)高量程比(bi)較寬、線性(xing)度較好、壓(ya)力損失小(xiao)、性能可靠(kao)、測量元件(jian)結構簡單(dan)、使用壽命(ming)長、安裝維(wei)護方便、适(shi)用各種介(jie)質等♋一系(xi)列的優點(dian),在計量檢(jian)測中發揮(hui)越來越大(da)☎️的作用，有(you)着廣🐆泛的(de)應用前景(jing)。
2渦街信号(hao)研究
　　理想(xiang)情況下,渦(wo)街流量傳(chuan)感器的輸(shu)出信号應(ying)該是正弦(xian)波，其頻率(lü)與流體的(de)流速成正(zheng)比。然而,工(gong)業現場的(de)噪聲是普(pu)遍存在的(de),這些噪聲(sheng)信号包括(kuo)管道🏃内流(liu)動🈲介質的(de)湍流、脈動(dong)、流場👄的不(bu)穩定及不(bu)均勻性對(dui)渦街發生(sheng)體施加不(bu)規則的附(fu)加作✔️用力(li)而産🚶‍♀️生的(de)流體流動(dong)噪聲。當規(gui)則渦街産(chan)生後,在工(gong)作信号上(shang)會叠加⁉️一(yi)種1/5到1/10渦街(jie)頻率的流(liu)體低頻擺(bai)動噪聲,或(huo)輸送流體(ti)的管道偶(ou)爾受到外(wai)力撞擊,會(hui)産生随機(ji)振動噪聲(sheng);以及各種(zhong).動力源,如(ru)水泵、壓縮(suo)機等👣的振(zhen)動由管道(dao)傳遞到傳(chuan)感器上,造(zao)成渦街發(fa)生體💘上産(chan)生附加的(de)慣性應力(li),形成的振(zhen)動噪聲。因(yin)此，實際的(de)渦街傳感(gan)器的輸出(chu)信号遠非(fei)理想的正(zheng)弦波🌈信号(hao),而是一個(ge)混有強噪(zao)聲的混合(he)信号,它是(shi)由兩部分(fen)信号組成(cheng):一是流速(su)産生的渦(wo)街信号S(t),二(er)是幹擾引(yin)起的噪聲(sheng)🎯信号N(t),即實(shi)際的渦街(jie)信号Y(t)=S(t)+N(t),其中(zhong)噪聲信号(hao)中又含有(you)确定性分(fen)量和♌随機(ji)分量。随機(ji)分量可認(ren)爲是服從(cong)高斯分布(bu)的白噪聲(sheng)信号🌏,而确(que)定性分量(liang)是由流體(ti)低頻擺動(dong)或動力源(yuan)振動引起(qi),獨立于渦(wo)街信号,可(ke)由另☎️-一個(ge)正弦信号(hao)來模拟。因(yin)此，渦街傳(chuan)感器的輸(shu)出信号Y(t)可(ke)以用下面(mian)的式子近(jin)似表🐆示:
 
　　式(shi)中:Ao，fo,Q。分别表(biao)示渦街信(xin)号S(t)的幅值(zhi)、頻率和初(chu)始相位;A1，f1,Q1分(fen)别表示噪(zao)📞聲信号N(t)中(zhong)諧波幹擾(rao)分量的幅(fu)值、頻率🐅和(he)初始相位(wei);d表示噪👨‍❤️‍👨聲(sheng)信号N(t)中的(de)高斯分布(bu)白噪聲會(hui)疊加在渦(wo)街信号中(zhong),使測量🔞結(jie)果産生較(jiao)明顯的誤(wu)差。所以,選(xuan)用适當的(de)數字信♋号(hao)處方法去(qu)除信号中(zhong)噪聲的幹(gan)擾,最大程(cheng)度的複現(xian)流速信号(hao),是進行🎯渦(wo)街信号處(chu)理的主要(yao)任務。
3數字(zi)濾波器的(de)設計
　　用窗(chuang)函數法設(she)計FIR數字濾(lü)波器就是(shi)用有限長(zhang)的脈沖響(xiang)應序列來(lai)逼近無限(xian)長的脈沖(chong)響應序列(lie)。基本設計(ji)🙇🏻思想♊爲:首(shou)先選定一(yi)‼️個理想的(de)選頻濾波(bo)器,然後截(jie)取它的脈(mo)沖響應得(de)到線性相(xiang)位☀️和因果(guo)的FIR濾波器(qi)。因此🚶,這種(zhong)方法的重(zhong)點是選擇(ze)-一個合适(shi)的窗函數(shu)和理想濾(lü)波器。一個(ge)理想低通(tong)濾波器的(de)頻率🏃‍♀️響應(ying)爲:
 
　　其中,;wc是(shi)濾波器的(de)截止頻率(lü),a爲采樣延(yan)遲這個濾(lü)波器的脈(mo)沖響應具(ju)有無限持(chi)續時間,它(ta)由下式給(gei)定:
 
　　注意,hc(n)關(guan)于a對稱,這(zhe)一點對于(yu)線性相位(wei)濾波器是(shi)有🌐用的。
　　爲(wei)了從hd(n)得到(dao)一個FIR濾波(bo)器,必須同(tong)時在兩邊(bian)截取hd(n)。而要(yao)得到-一🌂個(ge)因果的線(xian)性相位濾(lü)波器,且它(ta)h(n)的長.度爲(wei)M,這種操🈲作(zuo)叫做“加💃🏻窗(chuang)”,則h(n)可以看(kan)作是hd(n)與窗(chuang)函數w(n)的乘(cheng)積:根據w(n)的(de)不同定義(yi)，可以得💋到(dao)各種不同(tong)的窗結構(gou)，包括矩形(xing)窗、三角型(xing)窗、漢甯🌈窗(chuang)、海明窗♈、布(bu)萊克曼窗(chuang)等,這裏采(cai)用的是海(hai)明窗進行(hang)FIR數字濾波(bo)器的設📱計(ji)。海明窗這(zhe)種窗函數(shu)是漢甯窗(chuang)的一種變(bian)形🈚,它的形(xing)狀也相似(si)于一個餘(yu)弦曲線。可(ke)定義爲:
 
　　窗(chuang)函數設計(ji)FIR濾波器的(de)步驟:
1)根據(ju)技術要求(qiu)确定待求(qiu)濾波器的(de)單位取樣(yang)hd(n)。如果給🔞出(chu)待求濾波(bo)器的頻率(lü)響應爲Hd(ejw),那(na)麽單位取(qu)樣響應用(yong)下式求出(chu):
 
2)據對過渡(du)帶及阻帶(dai)衰減的要(yao)求,選擇窗(chuang)函數的形(xing)✂️式，并估計(ji)🏃🏻窗口長度(du)n。
3)計算濾波(bo)器的單位(wei)取樣響應(ying)h(n)。
4)驗算技術(shu)指标是否(fou)滿足要求(qiu)。設計出的(de)濾波器頻(pin)率響應用(yong)下📞式計算(suan):
 
　　計算上式(shi)時可以用(yong)FFT算法。如果(guo)H(ejw)不滿足要(yao)求,根據具(ju)體情🔞況重(zhong)複2,3,4步,直到(dao)滿足要求(qiu)。
　　流速信号(hao)中存在大(da)量的噪音(yin)幹擾信号(hao),由管道振(zhen)動、外🏃界振(zhen)動引起的(de)幹擾信号(hao),還有50Hz交流(liu)電的幹擾(rao)信号,真正(zheng)的現場存(cun)在的幹擾(rao)要比這些(xie)強得多,也(ye)就是使用(yong)捕捉數字(zi)脈🏒沖的檢(jian)♋測方式❗不(bu)能檢測出(chu)低流速下(xia)的信号,這(zhe)些信号都(dou)對流速的(de)測量,特别(bie)是低流速(su)的測量産(chan)生很壞的(de)影響。所🔞以(yi)必須對原(yuan)始信号進(jin)行處理。從(cong)數字濾波(bo)前後的流(liu)速信号波(bo)形對比可(ke)以看出，濾(lü)波後的波(bo)形要平滑(hua)的多,也就(jiu)是将大部(bu)分的噪音(yin)🧡信号去除(chu)了,這樣☎️就(jiu)可以方便(bian)♍進行計算(suan)，得出流速(su)值。從數字(zi)濾波後的(de)波形圖可(ke)以看出,IIR濾(lü)波和FIR濾波(bo)都能夠達(da)到不錯的(de)效果，都可(ke)以完成流(liu)速信号的(de)檢測,可以(yi)根據它們(men)的适用場(chang)合和适用(yong)條件不同(tong),決定選用(yong)具體的濾(lü)波方法，達(da)到檢測流(liu)速信号的(de)效果。

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