摘要(yao):研究(jiu)了獲(huo)取管(guan)道振(zhen)動噪(zao)聲幹(gan)擾特(te)征的(de)方法(fa)，介紹(shao)了基(ji)于加(jia)速度(du)傳感(gan)器的(de)管道(dao)振動(dong)信号(hao)的采(cai)集.結(jie)合渦(wo)✍️街流(liu)量信(xin)号和(he)管道(dao)振動(dong)信号(hao)的頻(pin)譜分(fen)析結(jie)果,指(zhi)出了(le)管道(dao)振動(dong)信号(hao)頻率(lü)與渦(wo)街流(liu)量計(ji) 信号(hao)的主(zhu)要幹(gan)擾分(fen)量頻(pin)率直(zhi)接相(xiang)關.研(yan)究表(biao)明,可(ke)🚩通過(guo)獲取(qu)管道(dao)振動(dong)加速(su)度信(xin)号特(te)征,來(lai)間接(jie)獲得(de)渦街(jie)🌈流量(liang)信号(hao)中主(zhu)🤞要噪(zao)聲的(de)頻率(lü)特征(zheng).基于(yu)這一(yi)研究(jiu)結論(lun),以管(guan)道振(zhen)動信(xin)号的(de)特征(zheng)信息(xi)爲參(can)考輸(shu)人,驗(yan)證了(le)通過(guo)自适(shi)應濾(lü)波對(dui)渦街(jie)流量(liang)信号(hao)中振(zhen)⭐動噪(zao)聲的(de)濾波(bo)方法(fa).
　　現今(jin)渦街(jie)流量(liang)計的(de)使用(yong)越來(lai)越廣(guang)泛，因(yin)其屬(shu)于流(liu)體振(zhen)動型(xing)流量(liang)計,故(gu)對振(zhen)動幹(gan)擾顯(xian)得非(fei)常敏(min)感.振(zhen)動幹(gan)🔱擾是(shi)影響(xiang)渦街(jie)測量(liang)🐪的主(zhu)要幹(gan)擾之(zhi)-“,國内(nei)外的(de)學者(zhe)和公(gong)司對(dui)渦街(jie)流量(liang)計抗(kang)振動(dong)問題(ti)進行(hang)了大(da)量的(de)研究(jiu)21,其中(zhong)以Rosemount公(gong)司的(de)8800A'31和F+P公(gong)㊙️司的(de)VT/VR型爲(wei)🌐代表(biao)[4].
　　本研(yan)究從(cong)獲取(qu)管道(dao)振動(dong)噪聲(sheng)幹擾(rao)特征(zheng)的方(fang)法着(zhe)手,分(fen)析得(de)出了(le)管道(dao)振動(dong)信号(hao)頻率(lü)與渦(wo)街流(liu)量信(xin)号的(de)主要(yao)幹擾(rao)🍉分量(liang)☎️頻率(lü)直接(jie)相關(guan),研究(jiu)了一(yi)種基(ji)于加(jia)速度(du)傳感(gan)器的(de)管📧道(dao)振動(dong)信号(hao)采㊙️集(ji)和對(dui)應的(de)💃🏻自适(shi)應濾(lü)波方(fang)法.
1機(ji)械管(guan)道振(zhen)動對(dui)渦街(jie)流量(liang)計信(xin)号的(de)影響(xiang)
　　表1是(shi)不同(tong)流體(ti)傳感(gan)器對(dui)過程(cheng)幹擾(rao)的敏(min)感性(xing)影響(xiang)👅程度(du)的統(tong)計🏃[5].表(biao)中“++”表(biao)示高(gao)敏感(gan)(讀數(shu)誤差(cha)10%或更(geng)高),"+”表(biao)示敏(min)感(讀(du)數誤(wu)差1%),表(biao)示不(bu)敏感(gan)(讀數(shu)誤差(cha)小于(yu)1%)

　　從表(biao)1中可(ke)以得(de)知,渦(wo)街流(liu)量測(ce)量中(zhong)幹擾(rao)影響(xiang)大的(de)成🌍分(fen)爲✉️機(ji)械管(guan)道振(zhen)動幹(gan)擾和(he)周期(qi)性的(de)低頻(pin)脈動(dong)🌏幹擾(rao).
　　讨論(lun)了在(zai)加速(su)度爲(wei)1g,垂直(zhi)振動(dong)頻率(lü)爲100Hz的(de)振動(dong)于擾(rao)對渦(wo)街👈流(liu)量計(ji)信号(hao)輸出(chu)的影(ying)響,如(ru)圖1所(suo)示在(zai)沒有(you)流速(su)的情(qing)況下(xia),渦街(jie)傳感(gan)器檢(jian)測到(dao)管道(dao)振動(dong),并錯(cuo)♍誤判(pan)斷100Hz是(shi)流量(liang)🐉信号(hao),因此(ci)錯誤(wu)地顯(xian)示了(le)120m'/h的流(liu)速.

2渦街(jie)流量(liang)信号(hao)與管(guan)道振(zhen)動信(xin)号特(te)征聯(lian)系的(de)試驗(yan)分析(xi)
　　振動(dong)幹擾(rao)是主(zhu)要的(de)幹擾(rao)成分(fen)之一(yi).若要(yao)将各(ge)信号(hao)成分(fen)特征(zheng)一--進(jin)行分(fen)離,目(mu)前常(chang)用及(ji)成熟(shu)的方(fang)法就(jiu)是頻(pin)譜分(fen)析[78].在(zai)離線(xian)⛱️頻譜(pu)分析(xi)中,可(ke)以依(yi)據人(ren)腦的(de)⭕判斷(duan)來有(you)效地(di)區别(bie)振動(dong)噪聲(sheng)和渦(wo)街信(xin)号的(de)頻率(lü)、能量(liang)分布(bu)的不(bu)同.然(ran)而在(zai)實際(ji)工程(cheng)應用(yong)㊙️中,若(ruo)噪聲(sheng)能量(liang)大于(yu)信号(hao)能量(liang)，則在(zai)線的(de)頻譜(pu)分🤞析(xi)雖然(ran)可以(yi)🌏分辨(bian)出能(neng)量的(de)💋峰值(zhi),但無(wu)法有(you)🤩效區(qu)分能(neng)量的(de)峰值(zhi)是信(xin)号的(de)還是(shi)幹⛹🏻‍♀️擾(rao)的,因(yin)此可(ke)能會(hui)跟蹤(zong)了錯(cuo)誤的(de)振動(dong)幹擾(rao)噪聲(sheng)..
　　本研(yan)究對(dui)不同(tong)流速(su)和泵(beng)頻率(lü)組合(he)下的(de)渦街(jie)流量(liang)信📐号(hao)進行(hang)了數(shu)據采(cai)集和(he)頻譜(pu)分析(xi),其中(zhong)水泵(beng)采用(yong)格蘭(lan)富AP12.40單(dan)級潛(qian)水泵(beng),分别(bie)調節(jie)流速(su)約0.209,0.403,0.611,0.797m/s.控(kong)制水(shui)流速(su)的大(da)小🚶‍♀️，在(zai)每一(yi)開度(du)下,再(zai)分别(bie)設置(zhi)水泵(beng)工作(zuo)頻率(lü)爲25,30,35,40Hz,以(yi)輸人(ren)✉️不同(tong)的振(zhen)🌈動幹(gan)擾信(xin)号,如(ru)圖2所(suo)示.可(ke)見當(dang)流速(su)小時(shi)噪聲(sheng)能量(liang)接近(jin)甚至(zhi)大于(yu)實際(ji)信号(hao)能量(liang)✨,在線(xian)的頻(pin)譜分(fen)析很(hen)難判(pan)斷..

　　考(kao)慮到(dao)管道(dao)的振(zhen)動是(shi)振動(dong)幹擾(rao)直接(jie)的物(wu)理響(xiang)應,當(dang)手觸(chu)🚩摸管(guan)❌道時(shi),明顯(xian)可以(yi)覺察(cha)到管(guan)道有(you)規律(lü)地振(zhen)顫.基(ji)于以(yi)上分(fen)析,結(jie)合振(zhen)動測(ce)量知(zhi)識，本(ben)研究(jiu)認爲(wei)可以(yi)⭕嘗試(shi)引人(ren)加速(su)📐度傳(chuan)感器(qi)來采(cai)集管(guan)道振(zhen)動的(de)信号(hao)[910.
　　試驗(yan)中,加(jia)速度(du)傳感(gan)器的(de)選取(qu)較爲(wei)重要(yao).本研(yan)究加(jia)速💚度(du)傳感(gan)🔴器試(shi)驗選(xuan)擇了(le)美國(guo)ADI公司(si)的ADXL202,這(zhe)是-種(zhong)低成(cheng)本、低(di)功耗(hao)、功能(neng)⛱️完普(pu)的雙(shuang)軸加(jia)速度(du)傳感(gan)器,其(qi)測量(liang)範圍(wei)爲+2g.
　　本(ben)試驗(yan)使用(yong)A/D數據(ju)采集(ji)卡,将(jiang)ADXL202的模(mo)拟輸(shu)出信(xin)号轉(zhuan)換爲(wei)⭐數♊字(zi)信号(hao)送人(ren)PC機進(jin)行處(chu)理，基(ji)于Labwindows/cvi測(ce)控平(ping)台的(de)PC機能(neng)夠方(fang)便地(di)實🔱現(xian)數據(ju)采集(ji).
　　試驗(yan)工作(zuo)狀态(tai):分别(bie)調節(jie)流速(su)約爲(wei)0,0.209,0.403,0.611,0.797m/s,控制(zhi)水流(liu)速的(de)大小(xiao)㊙️，并在(zai)⭕每--開(kai)度下(xia),再分(fen)别設(she)置水(shui)泵工(gong)作頻(pin)率爲(wei)25,30,35,40Hz.加速(su)度傳(chuan)感器(qi)的模(mo)拟輸(shu)出信(xin)号輸(shu)人到(dao)PC機的(de)A/D采集(ji)卡,采(cai)樣㊙️頻(pin)率1000Hz.對(dui)不同(tong)流速(su)和泵(beng)頻率(lü)組合(he)下的(de)管道(dao)振動(dong)信号(hao)進行(hang)數據(ju)⭕采集(ji)和頻(pin)譜分(fen)析.圖(tu)3爲所(suo)有組(zu)合下(xia),采樣(yang)得到(dao)的管(guan)道振(zhen)動加(jia)速度(du)信🚶‍♀️号(hao)的典(dian)型時(shi)域波(bo)形圖(tu).圖中(zhong)♈橫坐(zuo)标爲(wei)采樣(yang)🧡的點(dian)數,共(gong)1024點;縱(zong)坐标(biao)爲相(xiang)對于(yu)Og标定(ding)值的(de)差值(zhi)，縱坐(zuo)标基(ji)準值(zhi)0對應(ying)了0g的(de)标定(ding)值.圖(tu)4所示(shi)爲對(dui)應的(de)管道(dao)振動(dong)信号(hao)🍉的典(dian)型頻(pin)譜圖(tu).

　　爲了(le)驗證(zheng)所采(cai)集振(zhen)動信(xin)号是(shi)否具(ju)有重(zhong)複性(xing),本研(yan)究🈲對(dui)每種(zhong)工況(kuang)下組(zu)合的(de)管道(dao)振動(dong)信号(hao)分别(bie)進行(hang)了3次(ci)重複(fu)采樣(yang),每次(ci)1024點,采(cai)樣頻(pin)率1000Hz.表(biao)2是各(ge)次數(shu)據分(fen)析得(de)到🙇‍♀️的(de)頻率(lü)值.
　　由(you)表2的(de)數據(ju)可以(yi)看出(chu),管道(dao)振動(dong)的數(shu)據頻(pin)譜分(fen)析得(de)‼️到的(de)振動(dong)頻率(lü)值重(zhong)複性(xing)很高(gao).

　　對表(biao)2的重(zhong)複性(xing)數據(ju)計算(suan)平均(jun)值,并(bing)由平(ping)均值(zhi)畫出(chu)🐉了💚流(liu)速、泵(beng)頻率(lü)和管(guan)道振(zhen)動頻(pin)率的(de)關系(xi)曲線(xian),如圖(tu)5所示(shi).分析(xi)結果(guo)表明(ming),不論(lun)試驗(yan)裝置(zhi)工況(kuang)如何(he),管道(dao)振動(dong)信号(hao)的頻(pin)率和(he)能量(liang)隻與(yu)泵工(gong)作頻(pin)率相(xiang)關,泵(beng)頻率(lü)越大(da)，則振(zhen)動信(xin)号的(de)頻率(lü)🌍和能(neng)量越(yue)大.

3對(dui)管道(dao)振動(dong)自适(shi)應濾(lü)波的(de)試驗(yan)
　　通過(guo)以上(shang)分析(xi)可以(yi)得出(chu)結論(lun),水泵(beng)工作(zuo)引起(qi)的管(guan)道振(zhen)動幹(gan)擾直(zhi)接耦(ou)合到(dao)了渦(wo)街輸(shu)出信(xin)号中(zhong).試驗(yan)數據(ju)顯示(shi)🏃‍♂️,在各(ge)🌈種流(liu)動狀(zhuang)态下(xia),渦街(jie)信号(hao)中叠(die)加的(de)千擾(rao)頻率(lü)與管(guan)道加(jia)速度(du)振動(dong)頻率(lü)近乎(hu)于相(xiang)等,且(qie)與試(shi)驗用(yong)的水(shui)泵工(gong)🚩作頻(pin)率相(xiang)🌈近.

　　通(tong)過加(jia)速度(du)傳感(gan)器獲(huo)得有(you)效的(de)管道(dao)振動(dong)頻率(lü)後,可(ke)以将(jiang)之等(deng)同爲(wei)渦街(jie)流量(liang)信号(hao)中主(zhu)要幹(gan)擾信(xin)号的(de)頻率(lü).本研(yan)究🈚提(ti)出以(yi)管道(dao)振動(dong)信号(hao)的特(te)征輸(shu)人爲(wei)參考(kao)信号(hao),采用(yong)自适(shi)應小(xiao)均方(fang)誤差(cha)(LMS)數字(zi)濾波(bo)器方(fang)法,來(lai)對渦(wo)街流(liu)量信(xin)号振(zhen)動幹(gan)擾進(jin)行處(chu)理11.LMS濾(lü)波器(qi)輸出(chu)爲

　　式(shi)中，W爲(wei)濾波(bo)器各(ge)系數(shu)組成(cheng)的向(xiang)量,X爲(wei)監測(ce)值組(zu)成的(de)向量(liang).
　　LMS算法(fa)的基(ji)本思(si)想是(shi)利用(yong)優化(hua)方法(fa)中的(de)速下(xia)降法(fa).根據(ju)推導(dao),可得(de)權系(xi)數的(de)叠代(dai)公式(shi)爲

　　式(shi)中,u爲(wei)自适(shi)應系(xi)數,取(qu)值大(da)小影(ying)響到(dao)收斂(lian)速度(du)、估計(ji)值的(de)方差(cha)🍓和算(suan)法的(de)穩定(ding)性.誤(wu)差e;的(de)叠代(dai)計算(suan)公式(shi)爲

　　用(yong)式(2)更(geng)新權(quan)系數(shu)W(t+1),随着(zhe)新數(shu)據不(bu)斷輸(shu)人,不(bu)斷重(zhong)複☂️使(shi)用式(shi)(2)和式(shi)(3)進行(hang)叠代(dai),使W逐(zhu)漸趨(qu)近于(yu)W。.
　　設采(cai)集獲(huo)得的(de)渦街(jie)流量(liang)信号(hao)爲原(yuan)始信(xin)号,參(can)考輸(shu)人爲(wei)采集(ji)獲得(de)的管(guan)道振(zhen)動加(jia)速度(du)信号(hao),濾波(bo)器系(xi)統如(ru)圖6所(suo)示.
　　由(you)上述(shu)自适(shi)應濾(lü)波器(qi)的算(suan)法,可(ke)得到(dao)系數(shu)W;的計(ji)算💔值(zhi)爲

　　設(she)定u值(zhi),通過(guo)式(4)~(6)的(de)循環(huan)叠代(dai),使W;逐(zhu)漸趨(qu)近于(yu)W.
　　如前(qian)所述(shu),u爲控(kong)制LMS算(suan)法收(shou)斂速(su)度和(he)穩定(ding)性的(de)系數(shu),u值過(guo)大可(ke)能♌導(dao)緻發(fa)散,過(guo)小又(you)可能(neng)使收(shou)斂速(su)度變(bian)慢.本(ben)研究(jiu)通過(guo)大量(liang)的計(ji)算,不(bu)斷修(xiu)正和(he)比較(jiao),使其(qi)接近(jin)佳值(zhi).通過(guo)試驗(yan)計算(suan),确定(ding)u=0.1.
　　圖7爲(wei)濾波(bo)後的(de)信号(hao)頻域(yu)圖.從(cong)圖中(zhong)可以(yi)看出(chu)，主要(yao)的管(guan)📐道振(zhen)♉動幹(gan)擾已(yi)經被(bei)消除(chu)，濾波(bo)後的(de)信号(hao)信噪(zao)比提(ti)高很(hen)多..

4結(jie)束語(yu)
　　本研(yan)究是(shi)在自(zi)有試(shi)驗裝(zhuang)置上(shang)對一(yi)部分(fen)渦街(jie)傳感(gan)器進(jin)🐉行試(shi)驗的(de).盡管(guan)不同(tong)的管(guan)道振(zhen)動有(you)其特(te)殊性(xing),但管(guan)道振(zhen)動問(wen)題也(ye)有一(yi)-定的(de)普遍(bian)性.本(ben)研究(jiu)通過(guo)基于(yu)加☔速(su)度傳(chuan)感器(qi)的管(guan)道振(zhen)動信(xin)号的(de)采集(ji)和頻(pin)譜分(fen)析,指(zhi)出了(le)管道(dao)振動(dong)信号(hao)♌頻率(lü)與渦(wo)🔱街流(liu)量信(xin)号的(de)主要(yao)幹擾(rao)分量(liang)頻率(lü)直接(jie)相關(guan).并采(cai)用自(zi)适應(ying)濾波(bo)方法(fa),驗證(zheng)了對(dui)渦街(jie)流量(liang)計振(zhen)動噪(zao)聲濾(lü)波的(de)有效(xiao)性,爲(wei)消除(chu)振動(dong)噪聲(sheng)🧡提供(gong)了一(yi)種有(you)效的(de)途徑(jing)值㊙️得(de)注意(yi)的是(shi),本研(yan)究主(zhu)要針(zhen)對解(jie)決以(yi)泵的(de)幹擾(rao)爲主(zhu)的管(guan)道振(zhen)動噪(zao)聲問(wen)題，對(dui)于解(jie)決其(qi)他有(you)一定(ding)規律(lü)的管(guan)道振(zhen)動噪(zao)聲也(ye)有适(shi)用性(xing).本研(yan)究中(zhong)加速(su)度傳(chuan)感器(qi)的安(an)裝位(wei)置至(zhi)⭐關重(zhong)要,會(hui)影響(xiang)振動(dong)信号(hao)的檢(jian)測以(yi)及對(dui)渦街(jie)信号(hao)🐪濾波(bo)處理(li)的結(jie)果.

以(yi)上内(nei)容源(yuan)于網(wang)絡，如(ru)有侵(qin)權聯(lian)系即(ji)删除(chu)!