[发明专利]基于双传感器的抗强干扰的数字涡街流量计

说明书

技术领域

本发明涉及流量检测领域，为一种涡街流量计，特别是一种以单片机(MCU)为核心、 基于双传感器的抗强干扰数字涡街流量计。

背景技术

涡街流量计应用于工业现场测量时，由于管道与水泵、阀门和电动机等设备相连，所 以，流量计常常受到机械振动的干扰。在有些情况下，机械振动噪声的能量比较大，有时 甚至大于涡街流量信号的能量，并且其频率在涡街流量信号频率范围内。针对这种情况， 采用通常的频谱分析很难从噪声中提取涡街流量信息，因为通常频谱分析的前提是流量信 号的能量要大于噪声能量。为此，中国发明专利公布了一种抗强固定干扰的涡街流量计数 字信号处理系统(徐科军，朱志海，刘三山，姜鹏.抗强固定干扰的涡街流量计数字信号 处理系统，申请发明专利，200910116107.1，申请日：2009.1.21.)。考虑到当现场设备和 管道安装好之后，振动的频率就固定下来了这个实际情况，该发明专利提出以下方案来解 决此问题：(1)采集涡街传感器的信号进行频谱分析，根据涡街流量信号是宽带信号和固 定振动信号是窄带信号的特点，以及现场设备的有关参数，例如电机的转速等，确定出管 道的固定干扰频率；(2)根据固定干扰频率，设计陷波滤波器，以陷掉固定干扰信号。但 是，在有些情况下，振动干扰频率是变化的，这种信号处理方法就不适用了。为此，中国 发明专利公布了一种以单片机(MCU)为核心、基于单传感器的抗强干扰的涡街流量计数字 信号处理系统(徐科军，罗清林，王刚，刘三山，康一波，石磊，徐银江.基于单传感器 的抗强干扰的涡街流量计数字信号处理系统，申请发明专利，200910144877.7，申请日： 2009.9.8.)。涡街流量信号和机械振动噪声具有不同的频率带宽特征，而自相关函数可以 反映出信号的带宽特征。通过对涡街流量传感器的输出信号进行频谱分析、带通滤波和自 相关计算，确定涡街流量信号的频率。

国外SCHLATTER，Gerald，L.提出在建立噪声模板和信号模板的基础上，用频域转换 和互相关功率谱相结合的方法来消除涡街流量计中的强噪声(“Signal processing method and apparatus for flowmeter“，WO 90/04230，19 April 1990)。但是，噪声情况各种各样，不易获 得噪声的所有模板。并且，专利没有说明如何建立信号和噪声的模板。

发明内容

本发明专利的技术方案是：采用双涡街流量传感器，通过适当的安装，使其中一个传 感器感受流量信号和振动噪声(以下简称流量传感器)，另一个传感器感受振动噪声和微弱 的流量信号(以下简称振动传感器)。采用频域相减和计算频率方差相结合的算法，根据现 场的不同情况来进行切换。首先通过基于快速傅里叶变换(FFT)的幅值谱分析，计算两 个传感器输出信号中幅值谱峰值的个数。当流量传感器输出信号中频谱峰值的个数减去振 动传感器的个数大于或等于1时，认为有流量且其频率与振动频率不同，此时，采用频域 相减的方法；当流量传感器输出信号中频谱峰值的个数与振动传感器的个数相等时，此时 会有两种情况：(1)只有振动；(2)流量与振动为同一个频率。当只有振动时，仪表应该只 输出0；当流量与振动为同一个频率时，仪表应该输出流量的频率。为了区别这两种情况， 本发明专利提出计算频率方差的方法。该算法的原理是：管道内流动介质的紊流、脉动以 及流场的不稳定对旋涡发生体施加了不规则的附加作用，使得涡街流量信号的实际频率在 理想频率的左右摆动。而机械振动噪声是由水泵、风机等设备的机械外力引起的，在实际 中，其频率基本不变。所以，当只有振动时，其频率的方差比较小；当流量与振动为同一 个频率时，传感器的输出信号是两种共同作用的结果，所以，频率的跳动会比较大，方差 也就比较大。通过设定适当的阈值，就可以将这两种情况区别开来。

本发明专利的优点是：采用两个传感器，采用频域相减和计算频率方差相结合的方法， 判断出流量信息和振动噪声，提取出流量信息，即使在涡街流量信号能量小于噪声能量时， 仍然能够得到准确的涡街流量信号频率，从而排除强噪声的干扰，确保现场测量精度。

附图说明

图1是双传感器安装主视图。

图2是双传感器安装侧视图。

图3是系统硬件结构框图。

图4是系统软件结构框图。

图5是主监控程序流程图。

图6是算法流程图。