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數字信號處理在渦街流量計中應用的情況
關鍵字：渦街流量計,流量計 日期：2012-9-11 8:20:02
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數字信號處理技術用于渦街流量計起始于20世紀90年代初期。國內外專家、學者都為此做了大量的研究工作。
1．國外研究情況
(1) Schlatter等人研究了渦街流量計工作條件下的噪聲情況，提出了強干擾條件下信號處理方案。對于渦街流量計來說，
強噪聲有以下特點：
①幅值與渦街信號的幅值相當或高于渦街信號；
②頻率在旋渦頻率范圍內；
③當管道等條件一定時，噪聲的頻率是一定的。
但是噪聲信號與渦街信號特性不同，渦街信號變化是緩慢地變換到頻域，結果是一寬帶信號；而對于不確定的管道，噪
聲是恒定的變換到頻域，是一窄帶信號。
針對噪聲的特點，提出頻域轉換和互相關功率譜相結合的方法來消除測量過程中的強噪聲。
(2) Kawano研究采用自適應低通濾波方法提高渦街流量計的信噪比。采用自適應低通濾波信號截止識別器，根據信號頻
率來調整濾波器的截止頻率，改善渦街流量計的抗干擾性能。
(3)研究工作環境噪聲的影響，采用FFT的頻譜分析來計算旋渦信號頻率，提高了測量精確度。
在國外有許多渦街流量計生產公司，他們對于數字信號處理有一些獨到之處，比如：
(1)Rosemount公司開發數字跟蹤濾波器(digital tra。king fil-ter)專用芯片，以此為核心，構成渦街流量計數字信號處理系
統。數字跟蹤濾波器由一系列截止頻率不同的高、低通濾波器組成。微處理器根據信號特點，選擇合適的濾波單元處理渦街
信號，提高了測量的可靠性和精確度，其產品以8800系列為代表。
(2) Foxboro公司采用自適應濾波(adaptive filter)技術處理渦街信號。渦街信號通過帶通濾波器進行處理，帶通濾波器的截
止頻率根據渦街信號的頻率動態調整。當被測信號頻率變化很小時，濾波器的轉折頻率設置為跟蹤頻率變化；當測量頻率變
化較大時，設置為搜索頻率模式，初始化濾波器，重新測量渦街信號頻率，這樣就避免了濾波跟蹤到噪聲頻率。
(3)日本橫河公司在結構上采用抗振設計。把兩個壓電敏感元件設置在以振動零彎矩點為中心的對稱位置上，減小振動
噪聲的影響。在信號處理方面采用頻譜信號處理( spectral singalprocessing)技術，利用頻譜分析的結果，結合最佳噪聲比搜索算
法，調整帶通濾波器，消除噪聲，提高流量測量精度和范圍度。其產品以YEWELO -E型和DY型為代表產品。
2．國內研究情況
渦街信號數字處理技術在國內尚處于研究階段。20世紀90年代初，國內已開始這方面的研究。重慶大學采用自適應算法
建立流量信號的五階自回歸模型，計算功率譜，確定信號主頻率；重慶工業自動化儀表研究所、北京公用事業研究所通過大
量的實驗，研究渦街流量計的結構、檢測元件的設計和安裝方式，解決現場的振動問題；長沙礦山研究院與浙江大學合作開
展渦街流量計抗振性能研究；哈爾濱工業大學將自適應處理方法用于渦街流量計，采用線性預測譜估計法進行頻譜分析獲得
希望的信號頻率。
在應用數字技術處理渦街信號這一領域里，合肥工業大學的專家學者們進行更加廣泛的研究工作，所采用的數字處理方
法有：
①基于FFT的經典譜分析方法；
②基于Burg算法的現代譜估計方法；
③自適應陷波方法；
④小波分析方法；
⑤功率譜分析方法和互相關方法；
⑥自適應濾波方法。
在研究工作的基礎上，他們研制成功以數字信號處理器(DSP)為核心的渦街流量計信號處理系統。他們在這一領域所
做的工作受到國內同行的密切關注，必將推動渦街流量計的信號處理技術向更高水平發展。
總體來說，國內在渦街信號處理技術方面，尚處在研發階段，還有待進一步深入。在工程化方面還有待更廣泛的驗證與
應用。
隨著數字信號處理技術在渦街流量計中的應用，困擾渦街流量計進一步發展的振動問題、電磁干擾問題、測量下限問題
都將得到更好的解決，給渦街流量計的發展帶來更廣闊的前景。 |
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