[发明专利]基于卡尔曼滤波的涡街流量计抗瞬态冲击干扰的信号处理方法和系统

说明书

本发明涉及流量检测领域，为一种以单片机(MCU)为核心、基于卡尔曼滤波的涡街流量计抗瞬态冲击干扰的信号处理方法和系统。该方法包括：(1)查找包含瞬态冲击振动干扰的数据段，(2)配置卡尔曼滤波器，(3)分段进行卡尔曼滤波，(4)频域幅值谱分析。采用卡尔曼滤波器预测估计涡街流量信号，达到降低强瞬态冲击振动干扰能量和比重的目的。即使存在多个瞬态冲击振动干扰分量，且干扰能量大于涡街流量信号能量时，仍然能够消除强噪声的干扰，正确提取涡街流量频率，确保涡街流量计在复杂工况情况下的测量精度。

技术领域

本发明属于流量检测技术领域，是基于卡尔曼滤波的涡街流量计抗瞬态冲击干扰的信号处理方法和系统，具体涉及一种以单片机(MCU)为核心、分段卡尔曼滤波与周期图谱分析相结合的涡街流量计抗强瞬态冲击振动干扰的信号处理方法和系统。

背景技术

涡街流量计具有无机械可动部件、使用寿命长、测量范围大等优点，并且适用于多种介质如液体、气体和饱和蒸汽的测量，在流程工业中得到了广泛应用。但是，涡街流量计是一种基于流体振动工作原理的流量计，由漩涡发生体、涡街流量传感器和信号处理系统组成。涡街流量传感器对管道振动非常敏感，当振动干扰能量超过流量信号能量时，常规幅值占优的频谱分析方法无法排除该干扰，会影响到涡街流量计测量的准确性。因此，涡街流量计信号处理的难点在于如何从含有强振动干扰噪声的混合信号中提取出涡街流量信号。管道振动干扰可分为周期性正弦振动干扰和瞬态冲击振动干扰。

周期性正弦振动干扰主要是由应用现场的电机、气泵、水泵等设备的机械振动产生。每个振源分别产生单一、固定频率的振动干扰。当存在这种振动干扰时，涡街流量传感器输出多个不同频率的正弦信号叠加而成的平稳信号。针对周期性正弦振动干扰，国内外的学者进行了大量的研究，取得了较好的抗周期性正弦振动干扰的效果(L.GeraldSchlatter,Douglas William Barrett,F.John Waers,H.Lee Gilbert,and J.MarkElder.Signal processing method and apparatus for flowmeters.InternationalPatent,WO90/04230,Apr.19,1990；C.-L.Shao,K.-J.Xu,and M.Fang.Frequency-VarianceBased Antistrong Vibration Interference Method for Vortex Flow Sensor[J].IEEETrans.on Instrumentation and Measurement,2014,63(6):1566-1582；罗清林.抗强振动干扰数字涡街流量计信号处理方法研究与低功耗实现[D].合肥工业大学,2010；邢娟,张涛,郝松.管道振动对涡街流量计测量影响的试验研究[J].振动与冲击,2009,28(3):112-115)。