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基于频率方差的涡街流量计抗强振动干扰方法及实现
资料介绍
涡街流量传感器可以测量液体、气体和饱和蒸汽流量,测量介质种类多;输出为频率量,便于处理。所以,被较为广泛地应用于流程工业的流量测量。但是,涡街流量计是一种基于流体振动原理的流量计,工业现场常见的电机、水泵和阀门等设备的机械振动会引起管道振动,涡街流量计中的压电传感器在检测到流量的同时还会检测到管道的振动。当振动噪声功率大于流量信号功率时,目前常用的数字信号处理方法会将振动噪声的频率当作流量信号的频率,从而造成测量失误。而在工业现场,管道振动是经常发生、不可避免的。为了克服涡街流量计易受管道振动干扰这一关键难题,本文研究并实现了基于频率方差的抗强振动干扰方法,研制了满足流程工业低功耗要求的信号处理系统,取得很好的实验效果。
针对只有流量、只有振动、流量与振动频率相同或相近、流量与振动频率不同这四种情况,分别分析了涡街流量信号和振动干扰噪声的时域波形、带宽特性和频率波动情况,找到这两类信号的频率波动差异,为抗振动干扰的信号处理提供了思路;针对涡街流量传感器,提出基于频率方差的涡街流量计抗强振动干扰算法,并且,通过分段动态截止幅值和加权平均方法,对幅值谱峰值选择和频率方差分别做了适当的处理,保证了算法的有效性和可靠性,完善了抗强振动干扰的信号处理系统;采用MSP430F5418芯片作为微处理器,并基于上述算法设计了软件系统并实现。
用本课题组研制的低功耗抗振型数字信号处理系统,搭配三家不同公司的涡街流量计一次仪表,在实验室的振动干扰实验平台和重庆川仪自动化股份有限公司测试中心的振动测试平台上,分别进行了验证实验,当振动噪声功率大于涡街流量信号功率时仍能正确显示流量,这项指标处于国际领先水平。重庆川仪测试中心的验证实验证明详见附件。
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