摘(zhai)要(yao)：渦街流(liu)量計 抗管道振(zhen)動性能，将(jiang)數字陷波技(ji)術應用(yong)于傳(chuan)統應(ying)力式渦街(jie)流(liu)量計，并(bing)進行了0.5g以下振動加速(su)度試驗(yan)，結果(guo)表明(ming)該方法在(zai)0.2g及以下振(zhen)動加速度情況(kuang)下可有效(xiao)改善(shan)渦街(jie)流(liu)量計抗(kang)管道(dao)振動性能(neng)。
0引言
　　渦(wo)街流量(liang)計因其(qi)介質适(shi)應性強、無(wu)可動(dong)部件、結構簡單(dan)、可靠性高等特(te)點而(er)被廣泛使(shi)用。而(er)渦街(jie)流量(liang)計是利用流體(ti)經過(guo)旋(xuan)渦(wo)發生(sheng)體後(hou)産生的振(zhen)動進(jin)行流量測量的(de)，在(zai)管道振(zhen)動的(de)情況(kuang)下，渦街流(liu)量計無法(fa)正常使用［1-5］。
　　以國(guo)内外(wai)應用最爲(wei)廣泛(fan)的應力式(shi)渦街流量計爲(wei)基礎，将(jiang)數(shu)字陷(xian)波技術應用于(yu)其數字信号處(chu)理單元(yuan)，并在氣(qi)體流量(liang)管(guan)道振(zhen)動試驗(yan)裝置上(shang)，在相同(tong)流(liu)速範(fan)圍内相同振動(dong)頻率不同(tong)振動(dong)加速(su)度(du)的管道(dao)振動，渦(wo)街(jie)流量計在管(guan)道振動(dong)條件下(xia)的(de)抗振性能(neng)。
1數(shu)字陷波(bo)
　　在振動(dong)信(xin)号分(fen)析處(chu)理(li)中，數字(zi)濾波是通過數學運算從所采(cai)集的離(li)散信号(hao)中選(xuan)取人(ren)們所(suo)感興趣(qu)的一部分信(xin)号的處理(li)方法。
　　數(shu)字陷波(bo)是數字(zi)濾(lü)波的(de)一種，通過(guo)數學(xue)運算(suan)從所采集(ji)的離散信号中濾除非期望信(xin)号的(de)處(chu)理(li)方法(fa)，也稱(cheng)爲梳狀濾(lü)波。它的(de)主(zhu)要作(zuo)用有濾(lü)除測試(shi)信号(hao)中(zhong)的(de)噪聲(sheng)或虛假成(cheng)分、提(ti)高信噪(zao)比、抑制幹擾信号、分離(li)頻率分量等。用(yong)軟件(jian)實(shi)現數字(zi)陷波的優(you)點是系統(tong)函(han)數(shu)具有(you)可變性，僅(jin)依賴(lai)于算法(fa)結構，并(bing)易于獲得(de)較理(li)想的濾波(bo)性能(neng)。陷波器設計的(de)目的(de)是(shi)濾去一(yi)定範(fan)圍(wei)的(de)頻率(lü)幹擾(rao)，但在濾波(bo)過程(cheng)中要(yao)求基(ji)本不改變其他(ta)頻率成分(fen)，因此(ci)，要求陷(xian)波濾波(bo)器的頻率(lü)響應(ying)如式(shi)（1）所示。

　　一個(ge)理想的(de)點(dian)阻陷(xian)波濾(lü)波(bo)器(qi)的頻(pin)率響(xiang)應要(yao)在消(xiao)除的(de)信号(hao)頻率(lü)點處(chu)，其(qi)值(zhi)等于零；而在其他頻(pin)率處，其值不爲零，且(qie)要等(deng)于1，其(qi)頻率(lü)響(xiang)應(ying)特性如圖1所示。

　　數字(zi)濾波的(de)頻域方(fang)法是(shi)利用ＦＦＴ快速(su)算法對(dui)輸入信(xin)号采(cai)樣(yang)數據進(jin)行離(li)散(san)傅(fu)裏葉變換(huan)，分(fen)析(xi)其頻(pin)譜，根(gen)據(ju)濾(lü)波要(yao)求，将需要濾除(chu)的頻(pin)率部(bu)分直(zhi)接設置(zhi)成(cheng)零或(huo)加漸變過(guo)渡頻(pin)帶後再設置成(cheng)零的(de)方(fang)法［６］。将陷(xian)波器(qi)的(de)設計思(si)想與數(shu)字濾波(bo)的頻(pin)域方(fang)法相(xiang)結合，即本文采(cai)用的(de)數字陷波(bo)的頻域(yu)方(fang)法。
2試(shi)驗裝(zhuang)置(zhi)
　　氣(qi)體流(liu)量管(guan)道振(zhen)動試驗裝置(zhi)結構圖(tu)如圖2所示(shi)。爲得(de)到壓(ya)力較穩定(ding)的氣流，空氣壓(ya)縮機将大氣中(zhong)的空(kong)氣壓縮，注(zhu)入至穩壓儲氣(qi)罐，高(gao)溫(wen)壓縮空氣經(jing)過冷幹機(ji)冷卻(que)除濕(shi)後，得到的(de)純(chun)淨氣體(ti)先後流(liu)經氣路(lu)總閥(fa)、氣動(dong)調節(jie)閥、 渦輪流(liu)量計(ji) （标準(zhun)表(biao)）、渦街流(liu)量計(ji)（被(bei)校(xiao)表）後(hou)，最終(zhong)通向(xiang)大氣(qi)。選擇了具有頻(pin)率調(diao)節(jie)（1~400Hｚ）、簡易調(diao)整加速(su)度（＜20ｇ）/振幅(fu)、輸出(chu)正(zheng)弦類波(bo)形等功能(neng)的振(zhen)動台，将氣體管(guan)道固定在(zai)振動(dong)台上(shang)，從(cong)而(er)實現(xian)設定(ding)頻率(lü)下不(bu)同振(zhen)動加(jia)速度(du)的管(guan)道振動［4］。

　　采用标準表(biao)法标定被測渦(wo)街流量計(ji)的儀(yi)表系(xi)數，即(ji)由渦(wo)輪流(liu)量(liang)計(ji)測得(de)的流(liu)量值、渦輪(lun)流量計(ji)表前壓(ya)力變(bian)送(song)器測得(de)的壓力(li)值及渦街流(liu)量計(ji)表前(qian)壓力變(bian)送器測(ce)得的(de)壓力值便(bian)可換(huan)算得(de)到流經被測渦街流(liu)量計的體積流(liu)量（管路中氣體(ti)溫度(du)變化(hua)很小(xiao)，忽略不計）。标準(zhun)表渦(wo)輪流(liu)量計的最(zui)大允許誤(wu)差爲±1％，内徑(jing)爲50mm，流(liu)量範圍爲5~100m3/h；兩個(ge)壓力(li)變送(song)器的(de)最大(da)允(yun)許誤差(cha)均爲±2％。
3管道振動試驗(yan)及(ji)數據分(fen)析
　　分别(bie)在5，7.5，11，15.5，20.5m/s五個(ge)流速，施加豎直(zhi)方向(xiang)振(zhen)動，在振(zhen)動頻(pin)率40Hｚ，振(zhen)動的(de)加速(su)度分别爲0.05g，0.1g，0.2g，0.5g的條(tiao)件(jian)下對普(pu)通應力式(shi)模拟(ni)渦街(jie)流量(liang)計和(he)應用(yong)數(shu)字陷波技術的(de)渦街流(liu)量計在圖(tu)2所示的氣體管道振(zhen)動試(shi)驗裝置上進行管(guan)道振動(dong)試驗。
　　普通應力式模(mo)拟渦(wo)街流(liu)量計(ji)試驗數據如表(biao)1所示，相對(dui)誤差曲線(xian)如圖(tu)3所示(shi)。應用(yong)數字(zi)陷波技(ji)術(shu)的渦(wo)街流(liu)量(liang)計(ji)試驗(yan)數據如表(biao)2所示(shi)，相對(dui)誤差曲線(xian)如圖4所示(shi)。
表1模(mo)拟渦(wo)街(jie)流(liu)量計(ji)抗管(guan)道振動試驗結(jie)果(guo)


表2應用(yong)數學陷波技術的渦(wo)街(jie)流量計(ji)抗管(guan)道振(zhen)動試驗結(jie)果(guo)



　　由(you)試驗(yan)數據(ju)及相(xiang)對誤(wu)差曲(qu)線可(ke)以看出(chu)，普(pu)通模拟渦街流量計(ji)抗管道振動的(de)性能(neng)很(hen)差(cha)，不考(kao)慮其下(xia)限流速(su)，振動頻率(lü)爲40Hｚ時(shi)隻能(neng)在0.05g管(guan)道振動加(jia)速度的情(qing)況下正(zheng)常(chang)工作(zuo)。

　　數字(zi)陷波(bo)技術的渦街流(liu)量計與(yu)普通的(de)模拟(ni)渦街流量(liang)計相比，抗(kang)振性(xing)能大(da)大提高（最(zui)低流速點(dian)0.5g振動(dong)加速度(du)情(qing)況除(chu)外）。圖中，在(zai)流速爲5m/s時(shi)，數字渦街(jie)流量(liang)計在(zai)40Hｚ、0.5g振動(dong)加速(su)度的情況(kuang)下，相對(dui)誤差達(da)到38.57％。由表2數據可(ke)以看(kan)出(chu)，出(chu)現該(gai)問題(ti)的原因并(bing)非由40Hｚ的(de)振(zhen)動信(xin)号造(zao)成，而是由(you)振動信(xin)号的三(san)倍頻(pin)信号(hao)造成(cheng)的。出現(xian)倍(bei)頻信(xin)号的(de)原(yuan)因可以(yi)歸結爲兩(liang)個方(fang)面：1）施振裝置本(ben)身産(chan)生(sheng)的(de)振動信号(hao)并不是純(chun)淨的，其(qi)中夾雜(za)着設(she)定頻率振(zhen)動信号的(de)倍頻信号(hao)；2）管(guan)道的安(an)裝、連接過(guo)程中(zhong)，螺絲(si)的松(song)動、不(bu)平衡、不對(dui)中等都會(hui)使系統産(chan)生倍(bei)頻現象［7］。
　　除(chu)了最(zui)低(di)流(liu)速點(dian)處于0.5g振(zhen)動(dong)加速度的(de)情(qing)況之外(wai)，數字(zi)陷波技術(shu)的渦(wo)街流(liu)量計(ji)達到(dao)了抗(kang)0.5g振動(dong)加速(su)度的(de)抗振(zhen)水平(ping)。
4小結(jie)
　　将數(shu)字陷波(bo)技(ji)術應(ying)用于(yu)被廣(guang)泛使(shi)用的(de)應力式模(mo)拟渦街(jie)流量計(ji)，對其(qi)進行管道(dao)振動條件下的(de)測量(liang)，與普通的(de)模拟渦(wo)街(jie)流量(liang)計相(xiang)比，抗振性(xing)能大大提高。由(you)試驗數據可以(yi)看出，在(zai)應(ying)用數(shu)字陷(xian)波(bo)技術時(shi)，不僅需要(yao)考慮濾除(chu)振(zhen)動信号(hao)，還應考慮(lü)濾除振動信(xin)号的倍(bei)頻信号，才(cai)能更(geng)大範(fan)圍(wei)地(di)拓展(zhan)渦街流量(liang)計的(de)應用(yong)領域。

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