摘要(yao):針對(dui)旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計 抗(kang)幹擾(rao)能力(li)差的(de)問題(ti),分析(xi)流量(liang)計工(gong)業應(ying)用中(zhong)存在(zai)的幹(gan)擾信(xin)号,提(ti)出了(le)一種(zhong)基于(yu)頻譜(pu)分析(xi)的信(xin)号處(chu)理方(fang)法。信(xin)号采(cai)集電(dian)路并(bing)搭建(jian)實驗(yan)平台(tai)，分别(bie)采集(ji)高流(liu)量區(qu)和低(di)流量(liang)區的(de)瞬态(tai)沖擊(ji)振動(dong)信号(hao)和旋(xuan)渦信(xin)号,結(jie)合FFT與(yu)經驗(yan)模态(tai)分📱解(jie)提取(qu)頻譜(pu)中幅(fu)值最(zui)大值(zhi)對應(ying)的頻(pin)率即(ji)爲旋(xuan)渦信(xin)号頻(pin)🏃🏻‍♂️率。在(zai)管道(dao)受☎️瞬(shun)态沖(chong)擊振(zhen)動的(de)條件(jian)下,對(dui)實🤞驗(yan)樣機(ji)進行(hang)性能(neng)測試(shi),低流(liu)量區(qu)的測(ce)量誤(wu)差和(he)重複(fu)性分(fen)别爲(wei)-0.5%和0.4%,高(gao)流量(liang)區的(de)最大(da)測量(liang)誤差(cha)和重(zhong)複性(xing)分别(bie)爲-0.9%和(he)0.24%,均符(fu)合相(xiang)關标(biao)準☁️，實(shi)驗結(jie)果表(biao)‼️明該(gai)方案(an)可以(yi)有效(xiao)減小(xiao)外🈲部(bu)幹擾(rao)對旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)測量(liang)的影(ying)響。
0引(yin)言
　　旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)屬于(yu)流體(ti)振動(dong)流量(liang)計,該(gai)流量(liang)計利(li)用旋(xuan)渦進(jin)動頻(pin)率與(yu)流速(su)成正(zheng)比的(de)原理(li)測量(liang)流量(liang)。它👌具(ju)備測(ce)量精(jing)度高(gao)、安裝(zhuang)維護(hu)方便(bian)和适(shi)應多(duo)種介(jie)質等(deng)優點(dian)”。由于(yu)該類(lei)型流(liu)量計(ji)通過(guo)檢測(ce)流體(ti)振動(dong)獲得(de)流量(liang)值,因(yin)此📐,旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)存在(zai)一個(ge)固有(you)缺陷(xian)，即抗(kang)千擾(rao)能力(li)差。當(dang)被測(ce)流體(ti)🔞存在(zai)脈動(dong)幹擾(rao)或管(guan)道受(shou)到瞬(shun)态沖(chong)擊振(zhen)動時(shi),測量(liang)系統(tong)的誤(wu)差增(zeng)大,造(zao)成🏃🏻‍♂️計(ji)量誤(wu)差,最(zui)終影(ying)響流(liu)量計(ji)的正(zheng)常計(ji)數,這(zhe)嚴重(zhong)制約(yue)了旋(xuan)進❗旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)的進(jin)一步(bu)發展(zhan)。
　　針對(dui)上述(shu)問題(ti)，流體(ti)脈動(dong)對旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)的影(ying)響,得(de)到振(zhen)蕩流(liu)中旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)的響(xiang)應特(te)性是(shi)均勻(yun)流中(zhong)旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計響(xiang)應特(te)性和(he)振蕩(dang)流幹(gan)擾特(te)性的(de)疊加(jia)這一(yi)結論(lun),并利(li)用消(xiao)除流(liu)體脈(mo)動幹(gan)擾對(dui)流量(liang)計測(ce)量的(de)影響(xiang)。在同(tong)側沿(yan)軸向(xiang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼安裝(zhuang)2個傳(chuan)感器(qi),其中(zhong)一個(ge)傳感(gan)器采(cai)集流(liu)量和(he)振👨‍❤️‍👨動(dong)的混(hun)合信(xin)号,另(ling)一個(ge)僅采(cai)集振(zhen)動信(xin)号,兩(liang)者進(jin)行差(cha)分處(chu)理,消(xiao)除外(wai)界振(zhen)動對(dui)流量(liang)計的(de)影響(xiang),但該(gai)方法(fa)無法(fa)消除(chu)流體(ti)脈動(dong)幹擾(rao)對旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)測🚩量(liang)的影(ying)響通(tong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼過改(gai)進檢(jian)測元(yuan)件結(jie)構增(zeng)強旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)🔱的抗(kang)💜幹擾(rao)能力(li)。使用(yong)的壓(ya)電傳(chuan)感器(qi)中2片(pian)壓電(dian)晶體(ti)用于(yu)檢測(ce)旋渦(wo)振動(dong)的頻(pin)率,另(ling)🔆外2片(pian)用于(yu)檢測(ce)機械(xie)振動(dong)信号(hao)🐅。4片壓(ya)電晶(jing)體并(bing)聯進(jin)行工(gong)作,通(tong)過對(dui)振動(dong)信号(hao)進行(hang)差分(fen)處理(li),保留(liu)旋渦(wo)振動(dong)信号(hao)并轉(zhuan)換爲(wei)流量(liang)值。
　　綜(zong)上所(suo)述,現(xian)有成(cheng)果多(duo)爲單(dan)一因(yin)素對(dui)旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計測(ce)量的(de)影響(xiang),沒有(you)對幹(gan)擾因(yin)素綜(zong)合分(fen)析;采(cai)用改(gai)進⚽傳(chuan)感器(qi)的方(fang)法😄研(yan)發⭕成(cheng)本高(gao)、周期(qi)長，在(zai)中小(xiao)企業(ye)中推(tui)廣難(nan)度☔大(da)。因此(ci)㊙️,文章(zhang)提出(chu)了基(ji)🏃‍♂️于頻(pin)譜分(fen)析的(de)方法(fa)提💋取(qu)旋渦(wo)頻率(lü),分析(xi)不同(tong)流量(liang)區間(jian)的旋(xuan)渦信(xin)号與(yu)振動(dong)響應(ying)信号(hao),在外(wai)部存(cun)在幹(gan)擾的(de)條件(jian)下,可(ke)以實(shi)現流(liu)量的(de)正确(que)測量(liang)并通(tong)過實(shi)驗證(zheng)明了(le)方案(an)的有(you)效📐性(xing)。
1旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計工(gong)作原(yuan)理
　　旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)的工(gong)作原(yuan)理如(ru)圖1所(suo)示流(liu)體進(jin)人旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)後,首(shou)先經(jing)過一(yi)組由(you)固定(ding)螺旋(xuan)葉🐆片(pian)組🧑🏽‍🤝‍🧑🏻成(cheng)的🔱旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)，使🔅流(liu)體強(qiang)制旋(xuan)轉,形(xing)成旋(xuan)渦.流(liu)。旋渦(wo)流經(jing)收縮(suo)段加(jia)速,再(zai)經擴(kuo)大段(duan)急劇(ju)減速(su)，由于(yu)壓力(li)上升(sheng)，産生(sheng)回流(liu)，在回(hui)流的(de)作用(yong)下旋(xuan)渦的(de)渦🌂核(he)圍繞(rao)流量(liang)計軸(zhou)線作(zuo)旋進(jin)運動(dong)刀。旋(xuan)渦的(de)進動(dong)頻✨率(lü)與流(liu)量成(cheng)正比(bi)。假設(she)旋渦(wo)進動(dong)頻率(lü)爲f,則(ze)瞬時(shi)體積(ji)流量(liang)Qv符合(he)如下(xia)規律(lü):Qv=f/Kv,其中(zhong),Kv爲旋(xuan)進♉旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)儀表(biao)系數(shu)。因此(ci),旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計測(ce)量的(de)關🈲鍵(jian)在于(yu)正确(que)得到(dao)旋渦(wo)進動(dong)的頻(pin)率。
 
2信(xin)号處(chu)理方(fang)法研(yan)究
　　旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)的檢(jian)測元(yuan)件采(cai)集信(xin)号經(jing)電路(lu)處理(li)的😘輸(shu)🆚出✌️信(xin)号中(zhong)主要(yao)包含(han)旋渦(wo)信号(hao)和幹(gan)擾信(xin)号,分(fen)析并(bing)比較(jiao)兩種(zhong)信号(hao)的🐇區(qu)别,找(zhao)到差(cha)異性(xing)最大(da)的特(te)征，即(ji)可提(ti)取旋(xuan)渦頻(pin)率，實(shi)現🏃‍♀️流(liu)量的(de)有效(xiao)測量(liang)。
旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計檢(jian)測元(yuan)件采(cai)集的(de)旋渦(wo)信号(hao)可以(yi)近似(si)🚶‍♀️看作(zuo)正弦(xian)信号(hao),在外(wai)界無(wu)幹擾(rao)情況(kuang)下,流(liu)量計(ji)輸出(chu)的電(dian)壓信(xin)号爲(wei)
 
式中(zhong):V0(t)爲輸(shu)出信(xin)号轉(zhuan)換得(de)到的(de)電壓(ya)值,V;A0爲(wei)正弦(xian)信号(hao)的幅(fu)🈲值🏃‍♂️,V;ƒ0爲(wei)旋渦(wo)進動(dong)頻率(lü),Hz;φ0爲信(xin)号的(de)相位(wei)。
　　根據(ju)三角(jiao)函數(shu)傅裏(li)葉變(bian)換結(jie)果可(ke)知[8],在(zai)上述(shu)信号(hao)的單(dan)邊頻(pin)譜中(zhong),當ƒ=ƒ0時(shi)對應(ying)幅值(zhi)最大(da),因此(ci),可以(yi)通過(guo)搜索(suo)最值(zhi)的方(fang)法反(fan)向确(que)定旋(xuan)渦信(xin)号的(de)頻率(lü)。
　　在旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)的實(shi)際應(ying)用環(huan)境中(zhong),常見(jian)的幹(gan)擾信(xin)号⛷️主(zhu)要爲(wei)瞬态(tai)沖擊(ji)振動(dong)和流(liu)體脈(mo)沖幹(gan)擾。根(gen)據流(liu)體脈(mo)動幹(gan)擾信(xin)💋号在(zai)沿流(liu)量計(ji)軸向(xiang)對稱(cheng)的方(fang)向.上(shang)非💞常(chang)接近(jin),旋渦(wo)産生(sheng)壓力(li)信号(hao)在對(dui)稱位(wei)置上(shang)反相(xiang),因此(ci)可以(yi)通過(guo)差分(fen)處理(li)的方(fang)式基(ji)本消(xiao)除流(liu)⁉️體脈(mo)沖對(dui)旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計的(de)影響(xiang)。針對(dui)瞬态(tai)沖擊(ji)振動(dong)信号(hao),在理(li)♉想狀(zhuang)态下(xia)可以(yi)🆚看作(zuo)阻尼(ni)振動(dong)🔞信号(hao),通過(guo)檢測(ce)元件(jian)采👨‍❤️‍👨集(ji)的電(dian)壓信(xin)号可(ke)⛹🏻‍♀️通過(guo)式(2)表(biao)達：
 
　　式(shi)中:A1爲(wei)信号(hao)的幅(fu)值,V;η爲(wei)阻尼(ni)系數(shu);ɷn爲固(gu)有角(jiao)頻率(lü);ɷd爲🐕振(zhen)動✏️角(jiao)頻🌍率(lü)♍;φn爲初(chu)始相(xiang)位。
　　從(cong)式(2)可(ke)以看(kan)出,在(zai)振動(dong)過程(cheng)中頻(pin)率始(shi)終保(bao)持不(bu)變👄,幅(fu)值不(bu)斷減(jian)小至(zhi)0,因此(ci),在對(dui)應的(de)頻譜(pu)圖中(zhong),當ƒ=ɷd/(2π)時(shi)對應(ying)的幅(fu)值最(zui)大。實(shi)際環(huan)境中(zhong),振動(dong)信号(hao)的頻(pin)譜中(zhong)可能(neng)存在(zai)高頻(pin)諧波(bo)。
　　綜合(he)以上(shang)分析(xi)可以(yi)看出(chu),由于(yu)旋渦(wo)信号(hao)始終(zhong)穩定(ding),對應(ying)的能(neng)量随(sui)時間(jian)不斷(duan)累積(ji),而振(zhen)動信(xin)号初(chu)始能(neng)量大(da)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,随時(shi)間變(bian)化累(lei)積量(liang)不斷(duan)減少(shao),在兩(liang)者初(chu)始幅(fu)值基(ji)本相(xiang)同的(de)情況(kuang)下,旋(xuan)渦信(xin)号的(de)能量(liang)必大(da)于振(zhen)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻動信(xin)号,因(yin)此,可(ke)以通(tong)過頻(pin)譜分(fen)析結(jie)果中(zhong)的幅(fu)值最(zui)大值(zhi)來确(que)定🏃‍♀️旋(xuan)渦信(xin)号的(de)頻率(lü),并轉(zhuan)化爲(wei)瞬時(shi)流量(liang)💁完成(cheng)測量(liang)。
3信号(hao)采集(ji)電路(lu)設計(ji)
　　爲了(le)驗證(zheng)上述(shu)信号(hao)處理(li)方案(an)的可(ke)行性(xing),需要(yao)采集(ji)旋🎯進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計的(de)輸出(chu)信号(hao)并進(jin)行分(fen)析,結(jie)合以(yi)上提(ti)出的(de)信号(hao)處理(li)方法(fa)，本文(wen)設計(ji)的信(xin)号采(cai)集方(fang)🍉案如(ru)圖2所(suo)示,沿(yan)流量(liang)計軸(zhou)向對(dui)稱分(fen)别安(an)裝壓(ya)電傳(chuan)🐆感器(qi)F1和F2,經(jing)♉電荷(he)放大(da)電路(lu)将電(dian)荷信(xin)号轉(zhuan)化爲(wei)電壓(ya)💁信号(hao),通過(guo)差分(fen)電路(lu)處理(li)得到(dao)旋渦(wo)進動(dong)的電(dian)壓信(xin)号,采(cai)用截(jie)止頻(pin)率爲(wei)1kHz的低(di)通濾(lü)波電(dian)路去(qu)除其(qi)中的(de)噪聲(sheng),最終(zhong)輸出(chu)實驗(yan)所要(yao)采集(ji)的信(xin)🏃🏻号。
 
　　電(dian)荷放(fang)大電(dian)路具(ju)體原(yuan)理圖(tu)如圖(tu)3所示(shi)，通過(guo)反饋(kui)電容(rong)C11、C12的積(ji)分作(zuo)用将(jiang)電荷(he)量轉(zhuan)換成(cheng)電壓(ya)量。電(dian)容C13、C14的(de)作用(yong)爲去(qu)除輸(shu)人的(de)直流(liu)分量(liang),由于(yu)運算(suan)放大(da)器爲(wei)單電(dian)源供(gong)電,在(zai)運算(suan)放大(da)器的(de)同向(xiang)端輸(shu)人正(zheng)向的(de)參考(kao)電壓(ya)VREF,大小(xiao)爲電(dian)源電(dian)壓的(de)1/2,擡高(gao)采集(ji)的電(dian)壓使(shi)其位(wei)于運(yun)算放(fang)大器(qi)的工(gong)作電(dian)壓範(fan)圍内(nei)👣。反向(xiang)端接(jie)人🈲電(dian)阻R5、R6的(de)主要(yao)作用(yong)是防(fang)止反(fan)饋電(dian)容長(zhang)時間(jian)充電(dian)導😍緻(zhi)運算(suan)放大(da)器飽(bao)和。二(er)級管(guan)D1、D2、D3、D4的作(zuo)用🏃是(shi)防止(zhi)傳感(gan)器過(guo)載産(chan)生較(jiao)大的(de)輸出(chu),保護(hu)電路(lu)。V1、V2爲輸(shu)出的(de)電壓(ya)信号(hao),經過(guo)後續(xu)的運(yun)算放(fang)大器(qi)差分(fen)後進(jin)人低(di)通濾(lü)波電(dian)路。
 
4實(shi)驗研(yan)究與(yu)結果(guo)分析(xi)
4.1實驗(yan)平台(tai)搭建(jian)
　　旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計實(shi)驗平(ping)台示(shi)意圖(tu)如圖(tu)4所示(shi),主要(yao)由🙇🏻标(biao)準裝(zhuang)置、管(guan)道、PCle-6320數(shu)據采(cai)集卡(ka)、流量(liang)計信(xin)号采(cai)集電(dian)路和(he)DN50氣體(ti)旋進(jin)📐旋渦(wo)🔞流量(liang)計實(shi)驗樣(yang)機組(zu)成。
 
　　實(shi)驗所(suo)用的(de)标準(zhun)裝置(zhi)精度(du)爲0.25級(ji),實驗(yan)樣機(ji)的量(liang)程爲(wei)❄️8~120m3/h,精度(du)爲1.5級(ji)🌍,則旋(xuan)渦進(jin)動頻(pin)率大(da)緻範(fan)圍爲(wei)45~750Hz。信号(hao)采集(ji)由計(ji)算機(ji)上的(de)Lab-VIEW軟件(jian)控制(zhi)數據(ju)采集(ji)卡完(wan)成,根(gen)據奈(nai)奎斯(si)特采(cai)樣定(ding)理,設(she)置信(xin)号采(cai)樣頻(pin)率爲(wei)4kHz,保證(zheng)采樣(yang)的信(xin)号不(bu)失真(zhen)。另外(wai),爲了(le)減小(xiao)數據(ju)處理(li)過程(cheng)中的(de)誤差(cha),提高(gao)頻率(lü)分辨(bian)率,設(she)置采(cai)樣時(shi)間爲(wei)5s,使用(yong)20000個數(shu)據點(dian)進行(hang)分析(xi)計算(suan)。
4.2信号(hao)處理(li)結果(guo)分析(xi).
　　由于(yu)旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計在(zai)不同(tong)流量(liang)下對(dui)瞬态(tai)沖擊(ji)振動(dong)的響(xiang)應不(bu)同,同(tong)時,在(zai)旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計行(hang)業标(biao)準中(zhong)通過(guo)引人(ren)🔴分界(jie)流量(liang)qt對不(bu)同範(fan)圍内(nei)的精(jing)度與(yu)重複(fu)性做(zuo)了相(xiang)關規(gui)定,因(yin)此,本(ben)☂️文分(fen)别對(dui)高流(liu)量區(qu)和低(di)流量(liang)區的(de)振動(dong)信号(hao)響應(ying)進行(hang)分析(xi),分界(jie)流量(liang)爲量(liang)程最(zui)大💃🏻值(zhi)的1/5,因(yin)此,取(qu)分界(jie)流量(liang)qt爲24m3/h。
4.2.1高(gao)流量(liang)區信(xin)号處(chu)理
　　高(gao)流量(liang)區以(yi)流量(liang)點41.7m3/h的(de)瞬時(shi)流量(liang)信号(hao)爲例(li)。在流(liu)量穩(wen)定的(de)情況(kuang)下完(wan)成采(cai)集并(bing)去除(chu)信号(hao)中的(de)直流(liu)分🈲量(liang)并進(jin)行處(chu)理,由(you)于對(dui)信号(hao)已進(jin)行低(di)通濾(lü)波處(chu)理,頻(pin)譜分(fen)析得(de)到的(de)結果(guo)中1kHz以(yi)上的(de)信号(hao)對應(ying)幅值(zhi)基☔本(ben)爲0,在(zai)圖中(zhong)不做(zuo)展示(shi),得到(dao)的無(wu)振動(dong)情🔞況(kuang)下的(de)旋渦(wo)信号(hao)的時(shi)域與(yu)頻域(yu)結果(guo)圖如(ru)圖5所(suo)示。從(cong)結果(guo)圖中(zhong)均可(ke)以看(kan)出🌈,旋(xuan)渦信(xin)号近(jin)似于(yu)正弦(xian)信号(hao),與理(li)論分(fen).析相(xiang)符,信(xin)号頻(pin)率即(ji)爲頻(pin)譜圖(tu)中尖(jian)峰對(dui)應的(de)頻🐆率(lü),通過(guo)FFT計算(suan)得到(dao)結💰果(guo)爲258.1Hz。
 
　　對(dui)實驗(yan)平台(tai)的管(guan)道施(shi)加3~4Hz的(de)敲擊(ji)振動(dong),得到(dao)的時(shi)域與(yu)頻域(yu)結果(guo)如圖(tu)6所示(shi)。從結(jie)果可(ke)以看(kan)出,振(zhen)動信(xin)号☎️的(de)初始(shi)峰值(zhi)與旋(xuan)渦信(xin)号的(de)幅值(zhi)基本(ben)一緻(zhi),同時(shi)兩者(zhe)的頻(pin)譜圖(tu)基本(ben)相同(tong),計算(suan)得到(dao)的信(xin)号頻(pin)率值(zhi)爲🏃🏻257.1Hz,與(yu)穩定(ding)狀💃🏻态(tai)下的(de)測🥵量(liang)結果(guo)基本(ben)--緻。因(yin)此，在(zai)高流(liu)量區(qu)由于(yu)旋渦(wo)信号(hao)本身(shen)的能(neng)量較(jiao)大,疊(die)加的(de)振動(dong)信号(hao)不會(hui)影響(xiang)旋渦(wo)頻率(lü)的測(ce)量結(jie)果,可(ke)以直(zhi)接⛱️通(tong)過FFT分(fen)析獲(huo)得❤️旋(xuan)渦頻(pin)率。
 
4.2.2低(di)流量(liang)區信(xin)号處(chu)理
　　低(di)流量(liang)區以(yi)流量(liang)點9.0m3/h的(de)瞬時(shi)流量(liang)信号(hao)爲例(li),采集(ji)得🧑🏾‍🤝‍🧑🏼到(dao)的無(wu)‼️振動(dong)😄情況(kuang)下的(de)旋渦(wo)信号(hao)的時(shi)域與(yu)頻譜(pu)圖如(ru)圖7所(suo)示,200Hz以(yi)上😘的(de)信号(hao)分量(liang)基本(ben)爲0,未(wei)在結(jie)果圖(tu)中展(zhan)示。從(cong)結果(guo)可以(yi)看出(chu),雖然(ran)存在(zai)一部(bu)分高(gao)頻噪(zao)聲，旋(xuan)渦信(xin)号的(de)幅值(zhi)有跳(tiao)動的(de)情🏒況(kuang)，但仍(reng)然不(bu)會影(ying)響流(liu)量計(ji)的測(ce)量結(jie)果,同(tong)高流(liu)量區(qu)采用(yong)相同(tong)的方(fang)法計(ji)算信(xin)号頻(pin)✌️率爲(wei)54.0Hz。
 
　　同樣(yang)對實(shi)驗平(ping)台的(de)管道(dao)施加(jia)3~4Hz的敲(qiao)擊振(zhen)動,得(de)到的(de)時域(yu)與👉頻(pin)域結(jie)果如(ru)圖8所(suo)示，爲(wei)了便(bian)于後(hou)續的(de)分析(xi)與比(bi)較,時(shi)域圖(tu)顯示(shi)其中(zhong)1s内的(de)波形(xing)。從結(jie)果可(ke)看出(chu),由于(yu)振動(dong)信号(hao)的初(chu)始峰(feng)值與(yu)旋渦(wo)信号(hao)的幅(fu)值不(bu)✊在同(tong)一量(liang)級,FFT分(fen)析得(de)到振(zhen)動信(xin)号對(dui)應的(de)尖峰(feng)高于(yu)旋渦(wo)信号(hao),因此(ci),無法(fa)直接(jie)㊙️得到(dao)旋渦(wo)信号(hao)的頻(pin)率對(dui)于這(zhe)種非(fei)平🈲穩(wen)信号(hao),可以(yi)通過(guo)經驗(yan)模态(tai)分解(jie)(EMD)提取(qu)振動(dong)信号(hao)📧對應(ying)的本(ben)征模(mo)态函(han)數(IMF),差(cha)分處(chu)理後(hou)再進(jin)行FFT變(bian)換獲(huo)得旋(xuan)渦信(xin)⁉️号頻(pin)率。
 
定(ding)義爲(wei)IMF的條(tiao)件有(you)以下(xia)2個:
(1)整(zheng)個信(xin)号中(zhong),極值(zhi)點數(shu)量必(bi)須與(yu)過零(ling)點數(shu)量相(xiang)等🍓或(huo)差值(zhi)爲⛱️1;
(2)在(zai)任意(yi)時刻(ke),信号(hao)極大(da)值與(yu)極小(xiao)值包(bao)絡的(de)均值(zhi)爲零(ling)。
　　原始(shi)信号(hao)x(t)分解(jie)過程(cheng)爲:首(shou)先提(ti)取信(xin)号的(de)極大(da)值與(yu)極小(xiao)值,通(tong)過三(san)次樣(yang)條插(cha)值得(de)到包(bao)絡信(xin)号計(ji)算其(qi)平均(jun)值mi(t),判(pan)斷差(cha)值hi(t)=x(t)-mi(t)是(shi)否爲(wei)㊙️IMF分量(liang),如果(guo)不是(shi),則将(jiang)差值(zhi)作爲(wei)下一(yi)次分(fen)解目(mu)标并(bing)重複(fu)👅以上(shang)步驟(zhou),直到(dao)得到(dao)本征(zheng)模态(tai)函數(shu)IMFk(t)。每次(ci)提取(qu)IMF後，從(cong)原始(shi)信号(hao)中減(jian)去對(dui)應的(de)本征(zheng)模态(tai)函.數(shu),再進(jin)行下(xia)一次(ci)分解(jie),直到(dao)最後(hou)🈲的信(xin)号中(zhong)不存(cun)🔞在IMF,最(zui)終,原(yuan)始信(xin)号可(ke)以表(biao)示爲(wei)
 
式中(zhong):n爲IMF的(de)個數(shu);e(t)爲信(xin)号的(de)殘差(cha)。
　　上述(shu)信号(hao)進行(hang)分解(jie)後得(de)到的(de)一階(jie)本征(zheng)模态(tai)函數(shu)時域(yu)與頻(pin)域🌈結(jie)果如(ru)圖9所(suo)示。從(cong)結果(guo)可以(yi)看出(chu),EMD處理(li)⚽後得(de)🏃🏻到的(de)本征(zheng)模态(tai)函數(shu)基本(ben)保留(liu)了原(yuan)有振(zhen)動信(xin)号的(de)所📱有(you)特征(zheng),幅值(zhi)較大(da)處對(dui)應的(de)頻率(lü)基本(ben)--緻。
　　将(jiang)兩種(zhong)信号(hao)差分(fen)處理(li),對應(ying)的信(xin)号時(shi)域與(yu)頻域(yu)結🌐果(guo)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻如圖(tu)10所示(shi)。從結(jie)果可(ke)以看(kan)出,振(zhen)動信(xin)号的(de)能量(liang)得到(dao)有效(xiao)去💁除(chu),頻譜(pu)圖基(ji)本不(bu)存在(zai)高頻(pin)振動(dong)信号(hao),計算(suan)頻譜(pu)圖中(zhong)尖峰(feng)峰值(zhi)💚對應(ying)的頻(pin)率爲(wei)54.0Hz,與穩(wen)定條(tiao)件下(xia)的旋(xuan)渦信(xin)号頻(pin)率-緻(zhi),證明(ming)本方(fang)案在(zai)實際(ji)應用(yong)中具(ju)有可(ke)行性(xing)。
 
4.3流量(liang)計性(xing)能測(ce)試
　　按(an)照JJG1121-2015《旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)》的檢(jian)定要(yao)求,對(dui)流量(liang)計進(jin)行标(biao)定☀️,得(de)到瞬(shun)時流(liu)量Q(m3/h)與(yu)頻率(lü)ƒ(Hz)之間(jian)的函(han)數關(guan)系式(shi)如下(xia):
 
　　對實(shi)驗平(ping)台管(guan)道施(shi)加3~4Hz的(de)振動(dong)信号(hao),在旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)的量(liang)程内(nei),任取(qu)10個流(liu)量點(dian),每個(ge)流量(liang)點重(zhong)複進(jin)行3次(ci)實驗(yan)，實驗(yan)結果(guo)如表(biao)🤟1所示(shi)。
 
　　測量(liang)誤差(cha)與重(zhong)複性(xing)曲線(xian)如圖(tu)11所示(shi),低流(liu)量區(qu)的最(zui)🌐大🈚測(ce)量誤(wu)差和(he)重複(fu)性分(fen)别爲(wei)-0.5%和0.4%,高(gao)流量(liang)區的(de)最大(da)測量(liang)誤差(cha)分别(bie)爲-0.9%和(he)0.24%,根據(ju)旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計檢(jian)定規(gui)程要(yao)求,低(di)流量(liang)區8~24m'/h最(zui)大☁️允(yun)許誤(wu)📞差範(fan)圍爲(wei)3.0%,重複(fu)性小(xiao)于1.0%;高(gao)流量(liang)區24~120m3/h最(zui)大允(yun)許誤(wu)差範(fan)💋圍爲(wei)1.5%,重複(fu)性小(xiao)于0.5%。綜(zong)合以(yi)上分(fen)析,所(suo)有指(zhi)标均(jun)在規(gui)定的(de)範圍(wei)内,符(fu)合旋(xuan)⁉️進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)的性(xing)能要(yao)求。
 
5結(jie)束語(yu)
　　針對(dui)旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計抗(kang)千擾(rao)能力(li)差的(de)問題(ti),在消(xiao)📐除流(liu)體🈲脈(mo)動幹(gan)擾的(de)條件(jian)下,提(ti)出了(le)一種(zhong)基于(yu)頻譜(pu)🐆分析(xi)的方(fang)📐法提(ti)取旋(xuan)渦頻(pin)率,分(fen)别對(dui)高流(liu)量區(qu)和低(di)流量(liang)區的(de)振動(dong)響應(ying)進行(hang)分析(xi),結合(he)經驗(yan)模态(tai)分解(jie)與FFT方(fang)法提(ti)取頻(pin)譜中(zhong)幅值(zhi)最大(da)❗值對(dui)應的(de)頻率(lü)，規避(bi)了外(wai)部瞬(shun)态沖(chong)擊振(zhen)動對(dui)旋進(jin)旋渦(wo)流量(liang)計的(de)影響(xiang)🍓,實現(xian)流量(liang)的💞準(zhun)确測(ce)量。實(shi)驗結(jie)果表(biao)明:該(gai)方案(an)得到(dao)的測(ce)量結(jie)果符(fu)合旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji)👌行業(ye)相關(guan)标準(zhun)，具有(you)較高(gao)的實(shi)用性(xing)。

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