涡街流量计的数字信号处理方法的研究

作     者：张奕 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘丁;赵跃

授予年度：2007年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：频谱分析 相关滤波 信号处理 涡街流量计 频谱校正 

摘      要：目前，涡街流量计的应用相当广泛，但是，低流速时易受噪声干扰，现场测量精度不高，量程比受限。涡街流量计的主要研究方向之一是采用谱分析法处理流量信号，理论上只要信噪比大于1就可以实现正确测量。然而实践中因无法保证对涡街流量信号的整倍率采样，受栅栏效应和频谱泄露的影响FFT计算的功率谱存在偏差。为实现可靠测量应用中一般要求信噪比远大于1，因而限制了仪表的测量下限。频谱校正理论近年来广泛应用于机械振动信号分析及故障诊断等领域，但在涡街系统的应用比较少。因此，进一步开展频谱校正理论在涡街流量测量领域中的应用研究，补充和发展涡街流量检测的理论和方法，具有重要的理论意义和实用价值。 本文从提高涡街信号检测精度的角度出发，首先回顾了涡街流量检测方式的发展历程，介绍了常见涡街流量检测方法的特点以及提高FFT算法分析精度的多种改进方法，阐明了本文的研究背景;其次对傅立叶变换的基本理论、基本形式以及实际应用中应注意的问题进行了详细的阐述，对传统的基于加窗FFT的涡街流量检测方法产生误差的原因进行了深入分析，提出了频谱泄漏误差的解析表达式及校正方法的数学模型。进而对多种离散频谱校正方法的基本原理进行了数学推导，给出了实现具体算法的详细步骤，对各种方法的特点及其在涡街流量检测技术中的适用条件作了探讨和比较;进而针对涡街流量信号的特点，首先采用重心法对FFT运算结果进行校正，提高了非整周期采样下的频谱检测精度，扩展了仪表的测量范围。在此基础上，本文还提出一种基于涡街信号频率与幅值关系的相关滤波方法。并且进行了Matlab仿真，在DSP上编制了C程序，进行了实验测试。实验结果表明该方法可以在某些信噪比小于1的情况下正确提取流量信号。