涡街流量计数字信号处理方法

　　1前言

　　卡门涡街流量计适用于气体流量和液体流量的测量。它的一次仪表内无活动部件，使用寿命长，实验室标定的精度较高;量程比宽，运行可靠，维护简单;压力损失小，输出线性好;输出频率信号，抗干扰性能好，便于远距离传输。

　　它由检测器和转换器组成，下面介绍其测量原理。

　　这种流量计的工作是利用了流体力学中卡门涡街现象，即在流体中放置一个外形为外流线型但对称的阻流体，在一定的雷诺数范围内，阻流体的下游侧会产生两列不对称的且有规律的漩涡，如图1所示。

　　当人/j二0.281时产生涡列是稳定的。实验表明，涡列旋涡脱落的频率f与阻流体处的平均流速v是确定的线性关系:

　　式中:

　　s，为斯特罗哈尔数，无因次;

　　d为阻流体特征尺寸。

　　在仪表中一般采用压电传感器将机械振动转化成电信号输出。目前所采取的放大、整形、计数的信号处理方法，在应用中存在以下缺点:

　　(l)易受测量现场各种干扰的影响，实际测量精度远远低于实验室标定的精度。干扰主要为流场不稳定，管道振动和电磁噪声。

　　(2)量程比受限。理论上涡街流量计的量程比为100:1，而目前实际上一般只达到ro:1。这是因为小流量时，产生的信号微弱，易被噪声淹没。

　　(3)不同口径的一次仪表和测量不同流体要配不同的处理电路。

　　为此，人们提出采用数字信号处理方法计算涡街流量计的频率，以增强仪表的抗干扰能力，保证仪表测量精度。

　　2相关分析滤波方法

　　2.1相关分析测量原理

　　对于一个信号的采样序列x(n)，其自相关函数的定义式为:

　　它表示波形自身不同时刻的相似程度。我们举例说明利用自相关函数检测信号序列中隐含的周期性的原理。

　　设观察到的信号x间由真正的涡街流量信号，间和白噪声。(n)所组成，即x(n)二伍)+。(n)，假定s(n)的周期为M，根据定义x(n)的自相关函数可以表示为:

　　由于噪声u间是随机的，和信号、(n)应无相关性，因此，两者的互相关凡。伽)、R湘(m)都接近于零，同时噪声的自相关R。伽)也为。。若，间是以M为周期的，那么R，如)也是以万为周期的，从而R;如)可以体现信号的周期性。

　　2.2相关分析的特点

　　可以证明，自相关法的优点是求解出来的模型参数所构成的信号模型在理论上是稳定的。下面分析其运算量。为了检测周期为万的信号，选择其检测区间N应该远远大于瑟。根据自相关函数的定义可以得到，每进行一次相关分析需要进行丫次乘法计算，尸次加法计算。