[发明专利]一种无旋涡发生体的永磁式钠流量计的信号模型建立与测量准确度评估

权利要求书

1.一种无旋涡发生体的永磁式钠流量计的信号模型建立与测量准确度评估；针对无旋涡发生体的永磁式钠流量计，进行实验，采集互相关电极输出的电压波动信号；对两对相关电极输出信号进行互相关分析，得到渡越时间序列，建立渡越时间序列的滑动平均模型；或者采集多对互相关电极输出的电压波动信号后，使用多电极同向相减和低频抑制的方法对其进行预处理，然后，针对经过预处理后的两路信号进行互相关分析，得到渡越时间序列，建立渡越时间序列的滑动平均模型；深入分析渡越时间序列的模型，将其分解为稳态分量和波动分量；稳态分量和波动分量分别与决定原位校准测量准确度的两个指标—示值误差和重复性误差有关；分析稳态分量和波动分量的参数规律，分别得到仪表修正系数理想值及每次测量渡越时间的均值，根据修正系数引入的示值误差上限以及渡越时间的重复性误差的上限，通过分析得到互相关测量准确度的上限；其特征在于：

为了预测无旋涡发生体永磁式钠流量计原位校准的准确度，对决定测量准确度的直接变量—互相关估计得到的渡越时间序列的特性进行分析，建立较为准确的数学模型，其步骤为：

1)采用互相关分析方法计算渡越时间序列

渡越时间序列估计的具体步骤为：(1)对三路互相关信号C2，C4和C5进行同向相减，得到两路新的互相关信号C2-4和C4-5；(2)对新得到的两路互相关信号去均值；(3)频域带通滤波：对去均值后的信号进行32,768点的FFT，将信号变换到频域，将0-4Hz频带内的信号幅值置零，保留4-40Hz频带内的信号幅值，然后进行IFFT，将通带内的频域信号变换到时域，完成信号的滤波；(4)分段滑动互相关计算：每65,536点进行一次互相关计算，每次数据滑动更新8,192点，对估计得到的渡越时间序列去除大于0的值，并顺序连接采集的三组数据计算得到的渡越时间序列，得到最终的序列；

2)采用概率密度分析方法判断随机波动分布

采用经典的无参数估计方法-核密度估计方法估计渡越时间的概率密度分布；

3)建立渡越时间序列的MA模型

根据概率密度分析，渡越时间的幅值随机波动符合近似高斯分布；为了更详细地了解渡越时间的幅值波动特性，对幅值波动进行成分分解，建立渡越时间序列的数学模型，探究其幅值波动是否存在内在的相关性；

(1)在建立时间序列模型前，首先要确认渡越时间的序列是否平稳；

使用ADF单位根检验判断序列的平稳性；经检验，渡越时间序列属于平稳序列；

(2)对渡越时间序列进行自相关函数和偏自相关函数分析，以探究渡越时间序列自身的变化规律，确定模型的结构和阶数；

经过自相关函数和偏自相关函数，初步使用七阶滑动平均模型或者带有七、八、九阶等高阶项的自回归模型寻找可以在全流量范围内描述渡越时间序列的模型；

(3)在全流量范围内，用七阶的MA模型描述渡越时间序列；

通过尝试，最高阶项为七阶的MA模型可以很好地描述渡越时间序列，其数学模型为：

式中，τ_s为均值项；ε_t为随机噪声，是实际渡越时间序列τ_t与拟合序列的残差；B为延迟算子；θ为系数项；/

(4)通过残差序列的白噪声检验建立的模型，以检验残差中是否含有未提取的变量；

使用Q统计量的P值进行检验；经过检验，残差序列不存在自相关，模型有效；残差分布符合零均值、标准差为0.1276的高斯白噪声，可以用来描述模型的输入量ε_t；

根据MA模型，渡越时间序列由均值项和高斯白噪声的线性组合项构成；均值项代表了互相关信号中的稳定量；当去除均值项后，其波动只与随机扰动项线性相关，自身之间不存在相关性；

4)验证模型的准确性

为了进一步验证模型的准确性，使用MATLAB中的randn函数生成均值为0、标准差为0.1276的高斯白噪声作为模型的输入量ε_t，加上原渡越时间序列的均值，得到模型输出的渡越时间序列；由于是用随机噪声描述的模型，因此，只能通过模型的统计量来验证模型的正确性；估计模型输出信号的概率密度函数和累计分布函数；

使用相关系数定量表示概率密度函数的相似度；使用均方误差来定量计算模型输出的渡越时间序列与实际序列的累计分布函数之间的差距；经过检验，建立的MA模型能有效地反映渡越时间的特征。