[发明专利]一种基于多传感器信息融合的涡街流量计

摘要

本发明公开了一种基于多传感器信息融合的涡街流量计，能有效抑制压电传感器信号中强周期振动噪声的干扰，从中提取有用的涡街信号，准确测得流体的流速。其核心在于，在传统压电式涡街流量计的基础上增加了一个温度传感器和强抗振性的差压传感器，利用温度传感器可补偿压电传感器和差压传感器的温漂；采用基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)的多传感器数据融合算法，将差压传感器输出的差压平均值和由压电传感器得到的压电信号频率值进行数据融合，提高了数字带通滤波器锁定的精度。本发明能提高涡街信号测量的信噪比，具有增强压电式涡街流量计的抗振性，降低最小流速测量下限，拓宽量程比等优点。

主权项

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Cp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fp＝k·u，将该流速值换算得到涡街信号的频率fp,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fn(n＝1,2,3,4)；步骤四：若fn中存在与fp相差不大的频率值，即存在fn(n＝1,2,3,4)使|fn‑fp|<Δf时，在fn中找出与fp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fn(n＝1,2,3,4)中找出一个频率值使|fn‑fp|的值最小，然后执行步骤五；若fn的所有值都与fp相差较大，即当|fn‑fp|≥Δf(n＝1,2,3,4)时，不执行步骤五，直接将fp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fm，测算出流体的流速U，即U＝fm/k，k为仪表常数。