涡街流量计的信号干扰分析

为了更好的对涡街流量计的信号处理，必须对其特征充分了解，英国两位学者在牛津大学的实验室对一套涡街流量计测量系统进行了实验得出的模型如下图所示。

流量信号系数

通过模型可以看出。不考虑干扰的情况下，流量信号的频率是与流量成正比的：

f=K1×Q                                                （1）

式中，K是仪表常数，与管道的口径、涡街流量计的漩涡发生体的结构有关。使用科式流量计测得实时流量信号，然后根据测得的涡街频率进而得到仪表常数K。

涡街流量计输出信号的幅度是与流量的平方成比例：

U=α×Q²                                              （2）

式中，α与流体的密度有关。将涡街流量计的输出信号通过一个滤波器后，用峰值检测电路测量出其幅度，然后由公式（2）得到α的平均值。

实际信号中存在的干扰

①、频率调制干扰

通过对稳定流量下涡街流量计输出信号进行功率谱分析发现 ,信号的输出谱线仍要比一个纯净的正弦信号要宽，在排除由于 FFT窗效应的影响外，可以认为信号中存在一个频率调制干扰 ，而且通过对功率谱分析发现 ，这种干扰是呈现高斯分布的，因此通过对不同流量下，大量功率谱数据分析可以求出其噪声分布的置信区间。

②、有限带宽白噪声干扰

通常认为信号中的白噪声应该是一个频带很宽的信号，但是实际测量发现，白噪声只是分布在低频段，因此可以认为这种噪是由一个零均值的宽带白噪声通过一个低通滤波器所形成的。

③、设备噪声

在工业现场中，管道的振动、水泵运转时产生的噪声，还有现场环境中的工频干扰都会进入测量的信号之中。虽然这种噪声在大流量信号时候并不明显，但是在小流量信号时候，由于涡街信号本身很小，因此必须考虑设备噪声的影响。研究发现，不同工业现场的设备噪声都不相同，这与现场设备使用情况、管道的安装情况、电磁环境等因素有关系，因此必须通过实际测量才能得到结果。

模型建立后，通过 MATLAB 中的 SIMULINK 仿真得出结果，并对输出信号进行功率谱分析，与实际的测量流量得到的功率谱分析得出的结果基本一致 ，可以作为实际仿真时的信号源。