小波变换在电磁流量信号处理中的应用

　　0 引言

　　电磁流量计是一种根据法拉第电磁感应定律测量管内导电介质体积流量的感应式仪表。它具有耐腐蚀性强、能耗低、可靠性好和测量范围广等优点，被广泛应用于石油、化工、冶金、造纸等行业。随着科学技术的日益发展，各行各业对流量计的测量精度和稳定性的要求越来越高[1]。由于受到电磁流量计工作原理的限制，微弱的传感信号往往被湮没在复杂的干扰信号中[2 -3]。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。在信号处理电路中，通常配置有模拟低通滤波器，以滤除电磁流量计产生的高频干扰。由于模拟滤波器抑制噪声的能力与其动态调节特性是相互矛盾的，且硬件电路本身处理不当必然会引入电路噪声。

　　针对硬件滤波的这个缺点，本文提出了一种软件滤波方法———小波滤波。该方法将信号中各种不同频率成分分解到互不重叠的频带上，为信号滤波、信噪分离和特征提取提供了有效途径。同时，该滤波方法的软件滤波器响应特性可以在线动态调整。在电磁流量传感信号处理过程中，该方法具有模拟滤波器无法比拟的灵活性。

　　1 电磁流量信号及其噪声

　　电磁流量传感器是根据法拉第电磁感应定律设计的，它能够把流速( 流量) 信号线性地转换成感应电动势的电压信号。在理想情况下，被测流体可以看作是在管道中作切割磁力线运动的导体。感应电动势 Ei的表达式为:

　　式中: B 为磁感应强度，T; A 为磁通量变化的面积，m2; D为导体长度，m; l 为运动的距离，m; v 为运动速度，m/s;Ei为感应电动势，V。

　　由式( 1) 可知，导体两端产生的感应电动势 Ei的大小分别与磁感应强度 B、导体的长度 D 以及导体的运动速度 v 成正比。

　　在现有的电磁流量计中，交流低频矩形波励磁方式已成为主要的励磁方式。在导体长度和流体流动速度一定的情况下，电磁流量传感器采集的流量信号正比于励磁信号。由于流量信号由励磁磁场感应，故流量信号与励磁电流的频率、波形基本一致。

　　传感器感应的流量信号是电极间的电位差，即一种电压信号。实际上，由于电磁感应、静电感应以及电化学电势等原因，电极上所得到的电压信号不仅包含与流速相关的电动势，也包含各种各样的干扰成分。传感器测量电极上得到的实际电压信号为:

　　式中: B 为磁感应强度，T; v 为运动速度，m/s; D 为导体长度，m; dB/dt 为微分干扰电压，T/s; d2B / dt2为同相干扰电压，T/s; ec为共模干扰电压，V; e为串模干扰电压，V; ez为直流极化电压，V。