新型双向电磁流量计信号特征提取及去噪实验研究
时间:2016-07-01 阅读:508
传统的电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律制成的导电介质体积流量 测量仪表,在石油、化工、冶金和造纸等行业应用极为广泛,但是仅仅适用于对流速稳定的导电流体进行测量,极大地限制了电磁流量计在流量测量领域的使用。针 对这一缺陷,诸多学者对其进行了研究,并取得了一定的研究成果,如较之于传统的采用扇叶切割磁感线的方法,提出的采用高磁导率的小球切割磁感线的技术,解 决了无法测量低导电率的液体的难题,并实现了双向测量。在实际应用中,由于电磁流量计工作原理的限制,流量计输出信号微弱,淹没在各种噪声中。因此,如何 将流量信号与各种干扰信号有效分离是进一步提高电磁流量计测量精度的关键。传统方法采用模拟低通滤波器滤除输出信号中的高频噪声,但是模拟滤波器动态响应 无法调整,同时硬件电路本身也会引入噪声。小波分析具有多分辨率分析的特点,具有良好的时-频特性,从而为其在信号降噪中的应用提供了广阔的前景。针对模 拟滤波器去噪的缺点,本文将小波阈值去噪方法引入新型电磁流量计输出信号处理中,降低了流量计信号中的噪声,提高了测量精度。
1 新型双向电磁流量计介绍
1.1 新型双向电磁流量计模型
提出的新型双向流量计如图1所示,较之于传统的电力流量计,它可以测量低导电率的液体,实现双向测量,极大地提高了测量精度和测量工序。
图1 新型双向流量计结构图
当被测流体经过分流叶片进入旋流器后,带动高导磁率的小球在管道内 旋转,周期性地切割流量计壳体内永磁铁产生的磁力线,引起磁电变换器磁阻周期性变化,导致通过磁感应线圈的磁通量发生变化,在线圈中产生感应电动势,获得 交流电压信号输出。该电压频率与小球在管道内的旋转速度相等,磁电转换器输出的交流电压频率与被测体积流量qv的关系式为
(1)
式中:f为交流电压信号的输出频率;K为流量计的仪表系数,一般通过实验标定的方法确定。工程应用中,在测量流量计的输出电压信号的频率后,按照式(1)即可以计算出流体的体积流量。
1.2 噪声分析
受使用环境和设计原理的影响,电磁流量计的输出信号中叠加了一系列的噪声,一个实际的输出信号如图2所示,该信号*淹没在噪声中。
在一般情况下,实际电磁流量计的输出信号可以表示为
(2)
式中:表示微分干扰电压;表示正交干扰,在相位上与流量计输出信号相差90°。这两种干扰只有在交变磁场中才会产生,电磁流量计采用的是永磁铁,因此这两项干扰为0。eo为输出信号电压;ec为共模干扰电压;ed为极化电压;ez为串模干扰电压。
图2 新型流量计输出信号
在电磁流量计中,流量计的原始信号淹没在噪声中,并且信号中含有高频噪声。传统方法采用模拟低通滤波器去除噪声,但是这种方法存在时效性不好和不能动态调节的缺点。而小波阈值去噪算法可以快速给出滤波结果,在保证时效性的同时,zui大限度地滤除噪声。