基于相关算法的电磁流量计抗噪性能研究

　　一、引言

　　电磁流量计是基于电磁感应定律的速度式流量计。以往的电磁流量计在 0.1～0.2m/s 以上的流速时能良好地工作，但在这一下限之下时，因为误差太大而无法使用，很大程度上限制了电磁流量计的应用[1-2]。这与其干扰有着密切的联系，尤其 是与其传感器上的干扰和硬件电路板上的干扰，而这二者又都是难以克服的，相关检测技术卓越的抗干扰性为之提供了理想的解决方案。

　　电磁流量计在低速测量时，稳定性和精确性都不太理想，目前工业中使用的的电磁流量计通常为 0.5 级，在 0.2m/s 流速下，精确度一般下降到 2.0 级，并且波动明显。有些表在 0.1m/s 流速时已经不能正常读数，此类现象由管路、介质、电路和电源等引入的干扰造成。由于干扰来源复杂，且频率范围较宽，所以仅用低通滤波等常规方法效果不明 显，随着滤波器截止频率的下降，响应特性明显变坏，通过试用相关算法[3-6]去除干扰时，发现除了计算量大之外，对信噪比和稳定性都有较大改善，在低流 速下也同样很有效。

　　二、相关检测的原理

　　相关检测技术里应用信号周期性和噪声随机性的特点，通过自相关或互相关运算，达到去除噪声的一种技术。 R_xx(τ) 是自相关函数， R_xy (τ)是互相关函数，τ 是所研究两点间的时间间隔，即两信号间的时延。

　　如果存在两个连续的随机过程，当它们是实函数且为周期函数时，两个函数的相关函数可定义为：

　　如图 1 所示，通常计算时，由 t=0 开始，因此式(1)可写成：

　　如果 x(t)、y(t)不是同一个信号，则称 (τ)xyR 为互相关函数，在实际电路中，信号 x(t)、y(t)都是含有噪声的信号。设：

　　由于信号与噪声之间、n1(t)与 n2(t)之间没有相关性，所以式(5)中第 2、3、4 项为 0。，仅留下第 1 项，即 x(t)、y(t)中纯净信号部分的互相关函数。这就是互相关检测滤波噪声的原理。

　　三、实际应用中引入互相关算法

　　我们使用的电磁流量计是用典型的结构和低频激磁，其信号波形如图 2 所示。

　　根据互相关检测原理，信号 x(t)、y(t)应该是相关的，而x(t)、y(t)自身所含噪声与信号之间是不相关的，两个不同的噪声信号之间也是不相关的。把信号波形的正半周 A(t)和C(t)看做 x(t)和 y(t)，当 A(t)和 C(t)的取值时刻相距足够远时，可以认为 A(t)、C(t)所含噪声信号之间是不相关的。而从 A(t)、C(t)的平均值和时间宽度这两个特征来看，A(t)、C(t)的信号部分是紧密相关的，因此我们用互相关算法对信号进行处理。