[发明专利]一种基于多传感器信息融合的涡街流量计

权利要求书

1.一种利用涡街流量计进行流体流速测量的方法，其特征在于，所述涡街流量计包括压电传感器(4)和差压传感器(3)，所述差压传感器(3)的正端(2a)放置在钝体(1)内部的迎流面，负端(2b)放置在钝体(1)的下游；所述差压传感器(3)两端感受到的是钝体(1)迎流面上的全压力和钝体(1)下游的静压力之差，得到钝体(1)前后差压的平均值与流体密度和流体流速的平方的乘积成正比，表示为：

Δp‾=12CpρU2---(1)]]>

其中C_p为压力系数；ρ为流体密度；U为流体流速；

所述压电传感器(4)放置在钝体(1)的下游，输出由卡门涡街原理产生的流体振动和外界噪声振动共同作用下的压电信号；对压电信号进行谱分析和在时域里进行浮动电平切割，得到压电信号的频率值f，f与流体流速成正比，可表示为：

f＝k·U(2)

其中k为仪表常数，U为流体流速；

该方法包括以下步骤：

步骤一：差压传感器(3)测得钝体前后差压的平均值

步骤二：单独对差压传感器(3)测得的差压信号进行UKF滤波，得到一个流速值u，根据公式f_p＝k·u，将该流速值换算得到涡街信号的频率f_p,其中k为仪表常数；

步骤三：对压电传感器(4)采集到的涡街信号进行谱分析和浮动电平切割，记录频谱图中最高峰值、次高峰值、第三和第四高峰值对应的频率值f_n(n＝1,2,3,4)；

步骤四：若f_n中存在与f_p相差不大的频率值，即存在f_n(n＝1,2,3,4)使|f_n-f_p|<Δf时，在f_n中找出与f_p最为接近的一个值作为压电信号谱分析的最终结果f，即在f_n(n＝1,2,3,4)中找出一个频率值使|f_n-f_p|的值最小，然后执行步骤五；若f_n的所有值都与f_p相差较大，即当|f_n-f_p|≥Δf(n＝1,2,3,4)时，不执行步骤五，直接将f_p作为带通滤波器的中心频率值f₀；

步骤五：构造联邦滤波器：差压信号的UKF滤波和频率信号f的UKF滤波作为联邦滤波器的两个子滤波器，根据该联邦滤波器求得最后的流速值U，然后再根据公式(2)换算频率f₀；

步骤六：将涡街信号频率值f₀作为窄带宽数字带通滤波器的中心频率来设置数字带通滤波器的系数，再使用该数字带通滤波器对压电传感器(4)输出的压电信号进行数字带通滤波，得到含有极少量杂波的稳定涡街信号；

步骤七：通过测量步骤六得到的稳定涡街信号的频率值f_m，测算出流体的流速U，即U＝f_m/k，k为仪表常数。