基于随机共振的涡街流量计信号处理方法分析-计量测试技术及仪器专业论文.docx

致 谢 值此论文完成之际,首先深深的感谢我的导师黄咏梅教授，在她的耐心指导 下，我的研究工作才得以顺利完成。在攻读硕士学位期间，不论在学习科研,还 是在日常生活中,都得到了黄老师极大的关心与爱护。黄老师渊博的专业知识， 严谨的治学态度，求实的科研作风让我受益良多。这几年来，老师的细心指导 开拓了我的知识面，提高了我的科研能力，我的每一丝进步都与老师的严格要 求和谆谆教诲分不开。老师对待工作和科研的态度也将指引我在今后的生活和 工作中不断成长，不断前进。 在课题的开展过程中，还得到了孙斌老师、林敏老师的鼎力帮助，在这里 对他们表示由衷的感谢，是你们的帮助本论文才得顺利完成。 感谢实验室的师兄师姐师弟师妹们：王二朋、叶晓峰、丁洋、白宏震、侯 庆强、汤丹明、陈飞、邱潮浩、万鹏威、赵鹏、刘彤等人，以及马文涛、王其 明、张帅、周林峰、丁凯，俞嘉威等研究生同学在读研期间给予我生活和学习 上的关心和帮助，谢谢你们，我会永远记住这一段美好的时光。 感谢我亲爱的父母和家人，是你们一直以来在精神和经济上的支持和关心 才使我能够顺利完成学业，满怀信心地去迎接所有挑战。 最后，衷心地感谢百忙之中抽出时间审阅本论文的专家，谢谢你们的宝贵 意见。 姚浚浚 2013 年 3 月 I I 基于随机共振的涡街流量计信号处理方法研究 摘要：涡街流量计是一种流体振动式流量计，因其诸多优点而在管道流量测量 中应用广泛。但是，在工业现场实际使用时容易受到管道及各种设备振动干扰 影响，输出信号中叠加干扰噪声信号，影响测量精度，特别是在小流量测量中， 涡街信号弱，易被噪声淹没，小流量测量受限，应用范围受到限制。随机共振 是新近发展起来的一种非线性信号处理方法，在某种条件下，噪声能量向信号 转移，使系统输出信噪比增强，达到弱信号检测目的。本文将基于随机共振的 信号检测技术应用于涡街频率检测，主要完成了以下工作： 1、研究了非线性双稳系统在信号、噪声作用下产生的随机共振特性，通过 数值计算，得到非线性系统对输入的不同频率周期信号响应的灵敏度，分析产 生随机共振时输入信号、噪声及非线性双稳系统之间需要满足的匹配条件。 2、根据非线性双稳系统对不同频率周期信号响应特性，为适应涡街流量计 输出信号特点，设计了外差式随机共振系统，使涡街信号与载波信号通过混频 器作用，输出和频与差频两种频率混叠信号，其中差频信号易与非线性双稳系 统匹配，从噪声中获得更多的能量，产生较为强烈的随机共振，通过频率扫描， 准确测定涡街频率。 3、分析了外差式随机共振系统参数对检测结果的影响，为产生及达到最强 的随机共振效果，在 LabVIEW 编程环境下开发了具有自适应功能的扫频随机共 振涡街信号处理系统。该系统以系统输出信噪比 SNR 为评价标准，通过参数调 整，最终实现涡街频率的检测。 4、搭建涡街流量计实验装置，完成涡街流量检测系统硬件及软件设计，实 时采集叠加现场噪声涡街信号，分析外差式随机共振系统对不同流量条件下涡 街信号的响应特性，特别是小流量条件下微弱涡街信号响应，通过开发的信号 处理系统，准确获取涡街频率，得到流量值，有效扩展涡街流量计流量测量下 限，为涡街流量计信号处理提供了一种新的方法。 关键词：涡街流量计；外差式；随机共振；频率检测 分类号：TH814；UDC 620 II II Research on Signal Processing of Vortex Flowmeter Based on Stochastic Resonance Abstract：The vortex flowmeter is a flow induced vibration flowmeter and is applied extensively to the measurement of pipe flow rate due to its many advantages. However, it is easily disturbed by the vibration from the pipeline and a variety of equipment when it is used in industrial field. The noise signal adds to the output signal so that the measurement accuracy is affected especially during the low flow rate measuremt when the vortex shedding signal is too weak to submerged in noise leading to the limitation of low flow rate