心頻率，與傳統(tǒng)的壓電式渦街流量計(jì)相 比，本發(fā)明提出的多信息融合的渦街信號(hào)處理方法，能提高渦街信號(hào)測(cè)量的信噪比，增強(qiáng)壓 電式渦街流量計(jì)的抗振性，降低最小流速測(cè)量下限，拓寬量程比。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的多傳感器渦街流量計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的多信息融合的渦街信號(hào)處理方法的示意圖；
[0028] 圖中，
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，基于本發(fā)明提供的實(shí)施例 在不作出創(chuàng)造性勞動(dòng)而獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于多信息融合的渦街流量計(jì)，主要由壓電傳 感器4、差壓傳感器3和溫度傳感器5組成。鈍體1為坡度較小、頂角朝前的三棱柱鈍體。 壓電傳感器4放置在鈍體1的下游，輸出由卡門渦街原理產(chǎn)生的流體振動(dòng)和外界噪聲振動(dòng) 共同作用下的壓電信號(hào)；差壓傳感器3的正端2a放置在鈍體1內(nèi)部的迎流面，負(fù)端2b放置 在鈍體1的下游，差壓傳感器3兩端感受到的是鈍體1迎流面上的全壓力和鈍體1下游的 靜壓力之差；差壓傳感器3可選用OMEGA公司的PX81D0-005DI，該型號(hào)的差壓傳感器為高 精度小量程差壓傳感器；溫度傳感器可選用OMEGA公司的PRTF-10-1-100-1/8-12-E。
[0031] 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的多信息融合的渦街信號(hào)處理方法，該方法首先 對(duì)差壓傳感器3測(cè)得的差壓平均值和壓電傳感器4測(cè)得的壓電信號(hào)頻率值進(jìn)行多傳感器數(shù) 據(jù)融合，使得壓電信號(hào)的頻率值向有用渦街信號(hào)的頻率值進(jìn)行收斂，進(jìn)而得到一個(gè)穩(wěn)定的 渦街信號(hào)頻率值作為窄帶寬數(shù)字帶通濾波器的中心頻率。
[0032] 將窄帶寬數(shù)字帶通濾波器設(shè)計(jì)為2階IIR數(shù)字帶通濾波器，由中心頻率f?？捎?jì)算 得出窄帶寬數(shù)字帶通濾波器的系數(shù)，再使用該數(shù)字帶通濾波器對(duì)壓電傳感器輸出的壓電信 號(hào)進(jìn)行數(shù)字帶通濾波。由于數(shù)字帶通濾波器的帶寬很窄，將絕大部分雜波信號(hào)進(jìn)行衰減，得 到含有極少量雜波的穩(wěn)定渦街信號(hào)。通過測(cè)量數(shù)字帶通濾波之后穩(wěn)定渦街信號(hào)的頻率值， 測(cè)算出流體的流速，確保了流量測(cè)量的精確度。在強(qiáng)噪聲振動(dòng)的情況下，通過以上測(cè)量步 驟，可以保證流量測(cè)量的穩(wěn)定性和測(cè)量的精度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多信息融合處理方法的渦街流量計(jì)，其特征在于，包括壓電傳感器（4)和 差壓傳感器（3)，所述差壓傳感器（3)的正端（2a)放置在鈍體（1)內(nèi)部的迎流面，負(fù)端（2b) 放置在鈍體（1)的下游；所述差壓傳感器（3)兩端感受到的是鈍體（1)迎流面上的全壓力 和鈍體⑴下游的靜壓力之差，得到鈍體⑴前后差壓的平均值Δ/;.每與流體密度和流 體流速的平方的乘積成正比，可表示為：:(1> 其中Cp為壓力系數(shù)；P為流體密度；U為流體流速； 所述壓電傳感器（4)放置在鈍體（1)的下游，輸出由卡門渦街原理產(chǎn)生的流體振動(dòng)和 外界噪聲振動(dòng)共同作用下的壓電信號(hào)；對(duì)壓電信號(hào)進(jìn)行譜分析和在時(shí)域里進(jìn)行浮動(dòng)電平切 害J，得到壓電信號(hào)的頻率值f，f與流體流速成正比，可表示為： f = k · U (2) 其中k為儀表常數(shù)；U為流體流速。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多信息融合的渦街流量計(jì)，其特征在于，還包括溫度 傳感器（5)，所述溫度傳感器（5)測(cè)得的溫度值用來補(bǔ)償差壓傳感器（3)和壓電傳感器（4) 的溫漂。3. -種利用權(quán)利要求1所述渦街流量計(jì)進(jìn)行流體流速測(cè)量的方法，其特征在于，包括 以下步驟： 步驟一：差壓傳感器（3)測(cè)得鈍體前后差壓的平均值Δρ: 步驟二：單獨(dú)對(duì)差壓傳感器（3)測(cè)得的差壓信號(hào)^進(jìn)行UKF濾波，得到一個(gè)流速值u， 根據(jù)公式fp= k · u，將該流速值換算得到渦街信號(hào)的頻率f ρ，其中k為儀表常數(shù)； 步驟三：對(duì)壓電傳感器（4)采集到的渦街信號(hào)進(jìn)行譜分析和浮動(dòng)電平切割，記錄頻譜 圖中最高峰值、次高峰值、第三和第四高峰值對(duì)應(yīng)的頻率值fn(η = 1，2, 3, 4); 步驟四：若仁中存在與fp相差不大的頻率值，即存在fn(n= 1，2,3,4)使|fn-fp| < Af 時(shí)，在匕中找出與f p最為接近的一個(gè)值作為壓電信號(hào)譜分析的最終結(jié)果f，即在f n(n = 1，2, 3, 4)中找出一個(gè)頻率值使I fn-fp I的值最小，然后執(zhí)行步驟五；若fn的所有值都與f ρ 相差較大，即當(dāng)I fn-fp I彡Δ f (η = 1，2, 3, 4)時(shí)，不執(zhí)行步驟五，直接將fp作為帶通濾波器 的中心頻率值f。； 步驟五：構(gòu)造聯(lián)邦濾波器：差壓信號(hào)每的UKF濾波和頻率信號(hào)f的UKF濾波作為聯(lián)邦 濾波器的兩個(gè)子濾波器，根據(jù)該聯(lián)邦濾波器求得最后的流速值U，然后再根據(jù)公式（2)換算 頻率f。； 步驟六：將渦街信號(hào)頻率值&作為窄帶寬數(shù)字帶通濾波器的中心頻率來設(shè)置數(shù)字帶通 濾波器的系數(shù)，再使用該數(shù)字帶通濾波器對(duì)壓電傳感器（4)輸出的壓電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字帶通 濾波，得到含有極少量雜波的穩(wěn)定渦街信號(hào)； 步驟七：通過測(cè)量步驟六得到的穩(wěn)定渦街信號(hào)的頻率值匕，測(cè)算出流體的流速U，即U =fm/k，k為儀表常數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多傳感器信息融合的渦街流量計(jì)，能有效抑制壓電傳感器信號(hào)中強(qiáng)周期振動(dòng)噪聲的干擾，從中提取有用的渦街信號(hào)，準(zhǔn)確測(cè)得流體的流速。其核心在于，在傳統(tǒng)壓電式渦街流量計(jì)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)溫度傳感器和強(qiáng)抗振性的差壓傳感器，利用溫度傳感器可補(bǔ)償壓電傳感器和差壓傳感器的溫漂；采用基于無跡卡爾曼濾波(Unscented？Kalman？Filter,？UKF)的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法，將差壓傳感器輸出的差壓平均值和由壓電傳感器得到的壓電信號(hào)頻率值進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，提高了數(shù)字帶通濾波器鎖定的精度。本發(fā)明能提高渦街信號(hào)測(cè)量的信噪比，具有增強(qiáng)壓電式渦街流量計(jì)的抗振性，降低最小流速測(cè)量下限，拓寬量程比等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01F1/32
【公開號(hào)】CN105181031
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510259001
【發(fā)明人】申屠常青, 趙松杰, 季詠榕, 泮俊芳
【申請(qǐng)人】杭州子午儀器有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月20日