基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法及系统，该方法包括：步骤1,获取所述涡街流量计中传感器的采样信号；步骤2，对所述采样信号进行快速傅立叶变换得到对应的频域信息，结合频率方差区分干扰信号与流量信号；步骤3，通过K系数换算得到对应的流量值。本发明专利技术还提供一种基于涡街流量计抗干扰信号的处理系统，通过采用FFT算法做周期图谱分析，从采集的时域信号提取出流量信号；以及，即使在流量信号弱小且与干扰信号频率重叠时，采用陷阱宽度与深度均可调的陷波器组，消除功率密度谱内的强干扰信号，提高涡街流量计的信噪比与测量下限，使其精度值更高。

Anti disturbance signal processing method and system based on vortex flow meter

The invention provides a processing method and system based on vortex flowmeter signal interference, the method comprises the following steps: 1, obtain the sampling signal and the sensor of vortex flowmeter; step 2, obtain the frequency information corresponding to the fast Fu Liye transform of the sampled signal, combined with frequency interference signals and flow signal variance between steps; 3, through the K conversion coefficient corresponding to the flow of value. The invention also provides a system for processing based on the vortex flowmeter signal interference, through the use of FFT algorithm to do spectrum analysis, a traffic signal is extracted from time domain signal acquisition; and, even in weak and flow signal and interference signal frequency overlap, notch group with trap width and depth can be adjusted, eliminate strong interference in the signal power spectral density, improve the signal-to-noise ratio and the measurement limit of vortex flowmeter, the accuracy is high.

【技术实现步骤摘要】
基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法及系统
本专利技术属于流量检测
，特别是涉及一种基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法及系统。
技术介绍
涡街流量计进入国内时间比较早，由于涡街自身具有的特性：1)当雷诺数满足一定条件时，涡街信号具有很好的线性，和重复性，精度较高，通常液体测量精度为±0.5％～±1％，气体测量精度为±1％～±1.5％，由于涡街一般只作为控制仪表，不参与计量，所以这个精度基本满足用户需要；2)涡街传感器无可动部件，依靠流体自身振动进行测量，可靠性强、精度高、使用寿命长，可以在很宽的流量范围内精确测量介质的瞬时流量，属于速度式流量计，与电磁式流量计，超声波流量计，涡轮流量计属于一类，主要是用于测量管道介质流速的。3)输出与流体流速成正比的脉冲信号，由于是测量流体经过发生体产生的振动频率，不存在零漂的问题，减小了计量误差。4)在一定的雷诺数范围内，漩涡分离的频率只与流体工作状态下的体积流量成正比。被测流体压力、温度、粘度和组分变化几乎不敏感。因此几乎不受介质种类，特性变化的影响，应用面较广，既可以测量液体，又可以测量气体。国内冶金化工行业，多用涡街流量计测量气体和液体流量作为控制类仪表，如对饱和蒸汽，过热蒸汽，以及液氨等进行测量。5)理论上涡街的测量范围可以到300:1以上，但由于压电晶体的灵敏度、压损等材料加工技术方面的限制，实际国内的涡街流量计可测范围为10:1，目前国外涡街流量计测量范围有可以达到20:1甚至30:1的。相对于涡轮，以及金属转子，差压流量计来说，可测范围算是比较宽的。6)结构简单，安装方便，成本也较电磁流量计低，受到用户的青睐。目前世界流量计市场涡街的销量以30％递增。因此涡街流量的发展空间还是比较宽广，受到国内外众多专家的关注。解决涡街流量计存在的局限性很有显示意义。为了改善流量计的抗干扰性能，降低它的量程下限，国内外研究学者做了大量的工作，归纳起来主要在三个方面：(1)研究漩涡发生体的形状对流量计性能的影响。Pankain从优化非流线体几何结构和传感器安装位置的角度，研究了提高信号质量、频率稳定性和流量计线性度的方法；(2)研究涡街流量计工作环境流体状态的影响。Mottram和Rawat研究了脉动的流体对涡街流量计测量精度的影响。Laneville研究了漩流的情况对流量计输出信号的影响；(3)将数字信号处理方法应用于流量计，处理传感器的输出信号，提取涡街信号频率。数字信号处理方法应用于涡街流量计，可以解决流量测量中存在的一些难题，是目前新技术流量计发展的主要方向。然而，目前国内生产的涡街流量计大都采用脉冲记数的方式采集信号，即对传感器感应输出的模拟信号，增益放大后进行二阶带通滤波处理，通过门限电路进行整形后调理成脉冲信号输出，到二次仪表进行采集，通过标定K系数(即每立方米的脉冲个数)，校正瞬时流量。该方法优点在于：传感器输出信号是模拟连续信号，精度高，电路结构简单。缺点在于：处理方法太简单，不灵活，智能化程度低，不便于调节以适应现场环境变化的需要。例如：当测量管道振动的影响很大，稍微有点管道振动，就会在传感器输出信号上体现出来，因为涡街是根据流体振动力学原理实现的，所以管道的振动导致流体振动，涡街流量计的压电晶体过于敏感，就会将振动信号误当成流量信号予以反映，反之，如果压电晶体敏感度下降，也会导致弱小流量信号丢失，因此振动信号不可避免地混入流量信号中，破坏了流量信号的波形，造成门限电路对模拟信号进行整形时发生错误，多输出或少输出脉冲波形，影响测量精度。由于涡街传感器振动发生体的特性，造成信号存在拖尾现象，即产生的漩涡在经过压电晶体是压电晶体感应出较强的信号，漩涡远离压电晶体是感应出来的信号减弱，该现象具有一定周期性，造成门限电路由于门限不合理，丢失部分信号波形。因此，传统涡街流量计在抗干扰能力上相当薄弱，导致其在现场使用有较大限制。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法及系统，用于解决现有技术中涡街信号很弱，即信噪比较低时，如何设置门限将噪声信号与流量信号分离，提取到流量信号。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法，包括：步骤1,获取所述涡街流量计中传感器的采样信号；步骤2，对所述采样信号进行快速傅立叶变换得到对应的频域信息，结合频率方差区分干扰信号与流量信号；步骤3，通过K系数换算得到对应的流量值。进一步，所述步骤1,采样涡街流量计传感器的信号的步骤，包括：将涡街传感器输出的模拟信号经放大、低通滤波滤除高频分量，输入模数转换器完成采样信号。优选地，所述步骤2，对所述采样信号进行快速傅立叶变换得到对应的频域信息，结合频率方差区分干扰信号与流量信号的步骤，包括：采用频域抽选法将长度为N的采样信号对应的采样序列分成两个长度均为N/2的子序列，组成长度为N/2的复数序列，对所述复数序列进行离散傅立叶变换，通过公式将其转化为长度为N的采样序列的FFT实数。优选地，所述步骤2，对所述采样信号进行快速傅立叶变换得到对应的频域信息，结合频率方差区分干扰信号与流量信号的步骤，还包括：根据定点运算横向调整数据范围，计算采样信号的平均值，将原始采样数据减去该平均值调整数值范围，以确保采样数据的横向范围在定点运算对应快速傅立叶变换数值范围内；调整模数转换器采样信号的增益，将数值放大或缩小至规定范围内进行测算，根据增益计算到采样信号的实际幅值。当对离散的频率采样点进行离散傅立叶变换时，采用能量重心法对离散频谱进行校正；当采样频率不为最小可分辨频率的整数倍时，离散傅立叶变换输入的频率泄漏到所有输出点，其泄漏分布取决于根据窗函数连续域傅立叶变换；采用如下公式对频谱转换后的幅值进行校正；式(1)中A为校正幅值，k'为校正后的谐波位置，k为最大幅值频率所在的谐波位置，yk是k次谐波的幅值，Δk为k与k'之间的差值。优选地，在所述步骤2之前，还包括：采用陷阱宽度与陷阱深度均可调的陷波器对所述采样信号进行滤波，滤除所述采样信号中的干扰信号。优选地，所述陷波器为带阻较窄的带阻滤波器，使用模拟低通滤波器经S平面变换得到数字带阻滤波器的Z平面，按设定陷阱频率范围对采样信号进行衰减，且衰减比例与频率范围为可调；从时域角度出发，选择同时具有零点与极点的ARMA模型作为陷波器，具体如下：式(2)中，其零点在单位圆上，极点在单位圆内，每一对零、极点具有相同相角，α＝-2cosω0，ω0为陷波器的中心频率，ρ(0＜ρ＜1)与陷波器的宽度有关；将模数转换器的采样数据进行归一化处理，根据奈奎斯特采样定律，由于FFT变换所得的频谱图是关于根据奈奎斯特频率Fs/2对称，所以ω/ωs只有在0～0.5范围内有效，当时，根据公式(2)所得其零点、极点如公式(4)与(5)：式(4)与(5)中，为零点，为极点，由于在单位圆上，ρ＝1时p为极点，0＜ρ＜1时p在单位圆内；其中，式(6)中α＝-2cosω0，ρ1(0＜ρ1＜1)，ρ2(0＜ρ2＜1)，ω0为陷波器的中心频率，所述陷波器的陷阱宽度、陷阱深度随着ρ1、ρ2的变化而变化。本专利技术的目的在于提供一种基于涡街流量计抗干扰信号的处理系统，包括：模拟信号调理模块、数字信号处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法，其特征在于，包括：步骤1,获取所述涡街流量计中传感器的采样信号；步骤2，对所述采样信号进行快速傅立叶变换得到对应的频域信息，结合频率方差区分干扰信号与流量信号；步骤3，通过K系数换算得到对应的流量值。

【技术特征摘要】
1.一种基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法，其特征在于，包括：步骤1,获取所述涡街流量计中传感器的采样信号；步骤2，对所述采样信号进行快速傅立叶变换得到对应的频域信息，结合频率方差区分干扰信号与流量信号；步骤3，通过K系数换算得到对应的流量值。2.根据权利要求1所述的基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：将涡街传感器输出的模拟信号经放大、低通滤波滤除高频分量，输入模数转换器完成采样信号。3.根据权利要求1所述的基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：采用频域抽选法将长度为N的采样信号对应的采样序列分成两个长度均为N/2的子序列，组成长度为N/2的复数序列，对所述复数序列进行离散傅立叶变换，通过公式将其转化为长度为N的采样序列的FFT实数。4.根据权利要求3所述的基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法，其特征在于，所述采用频域抽选法处理采样信号之前，还包括：根据定点运算横向调整数据范围，计算采样信号的平均值，将原始采样数据减去该平均值调整数值范围，以确保采样数据的横向范围在定点运算对应快速傅立叶变换数值范围内；调整模数转换器采样信号的增益，将数值放大或缩小至规定范围内进行测算，根据增益计算到采样信号的实际幅值。5.根据权利要求1所述的基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法，其特征在于，所述步骤2还包括：当对离散的频率采样点进行离散傅立叶变换时，采用能量重心法对离散频谱进行校正；当采样频率不为最小可分辨频率的整数倍时，离散傅立叶变换输入的频率泄漏到所有输出点，其泄漏分布取决于根据窗函数连续域傅立叶变换；采用如下公式对频谱转换后的幅值进行校正；式中A为校正幅值，k'为校正后的谐波位置，k为最大幅值频率所在的谐波位置，yk是k次谐波的幅值，Δk为k与k'之间的差值。6.根据权利要求1所述的基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法，其特征在于，所述步骤2之前，还包括：采用陷阱宽度与陷阱深度均可调的陷波器对所述采样信号进行滤波，滤除所述采样信号中的干扰信号。7.根据权利要求1所述的基于涡街流量计抗干扰信号的处理方法，其特征在于，所述采用陷阱宽度与陷阱深度均可调的陷波器对所述采样信号进行滤波，滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，王刚，康一波，徐银江，
申请(专利权)人：重庆川仪自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50