新型雙向電磁流量計信號特征提取及去噪實驗研究

   傳統的電磁流量計是依據法拉第電磁感應定律制成的導電介質體積流量 測量儀表，在石油、化工、冶金和造紙等行業應用極為廣泛，但是僅僅適用于對流速穩定的導電流體進行測量，極大地限制了電磁流量計在流量測量領域的使用。針 對這一缺陷，諸多學者對其進行了研究，并取得了一定的研究成果，如較之于傳統的采用扇葉切割磁感線的方法，提出的采用高磁導率的小球切割磁感線的技術，解 決了無法測量低導電率的液體的難題，并實現了雙向測量。在實際應用中，由于電磁流量計工作原理的限制，流量計輸出信號微弱，淹沒在各種噪聲中。因此，如何 將流量信號與各種干擾信號有效分離是進一步提高電磁流量計測量精度的關鍵。傳統方法采用模擬低通濾波器濾除輸出信號中的高頻噪聲，但是模擬濾波器動態響應 無法調整，同時硬件電路本身也會引入噪聲。小波分析具有多分辨率分析的特點，具有良好的時－頻特性，從而為其在信號降噪中的應用提供了廣闊的前景。針對模 擬濾波器去噪的缺點，本文將小波閾值去噪方法引入新型電磁流量計輸出信號處理中，降低了流量計信號中的噪聲，提高了測量精度。

1 新型雙向電磁流量計介紹

1.1 新型雙向電磁流量計模型

提出的新型雙向流量計如圖1所示，較之于傳統的電力流量計，它可以測量低導電率的液體，實現雙向測量，極大地提高了測量精度和測量工序。

圖1 新型雙向流量計結構圖

當被測流體經過分流葉片進入旋流器后，帶動高導磁率的小球在管道內 旋轉，周期性地切割流量計殼體內永磁鐵產生的磁力線，引起磁電變換器磁阻周期性變化，導致通過磁感應線圈的磁通量發生變化，在線圈中產生感應電動勢，獲得 交流電壓信號輸出。該電壓頻率與小球在管道內的旋轉速度相等，磁電轉換器輸出的交流電壓頻率與被測體積流量q_v的關系式為

    （1）

式中：f為交流電壓信號的輸出頻率；K為流量計的儀表系數，一般通過實驗標定的方法確定。工程應用中，在測量流量計的輸出電壓信號的頻率后，按照式（1）即可以計算出流體的體積流量。

1.2 噪聲分析

受使用環境和設計原理的影響，電磁流量計的輸出信號中疊加了一系列的噪聲，一個實際的輸出信號如圖2所示，該信號*淹沒在噪聲中。

在一般情況下，實際電磁流量計的輸出信號可以表示為

    （2）

式中：表示微分干擾電壓；表示正交干擾，在相位上與流量計輸出信號相差90°。這兩種干擾只有在交變磁場中才會產生，電磁流量計采用的是永磁鐵，因此這兩項干擾為0。e_o為輸出信號電壓；e_c為共模干擾電壓；e_d為極化電壓；e_z為串模干擾電壓。

圖2 新型流量計輸出信號

在電磁流量計中，流量計的原始信號淹沒在噪聲中，并且信號中含有高頻噪聲。傳統方法采用模擬低通濾波器去除噪聲，但是這種方法存在時效性不好和不能動態調節的缺點。而小波閾值去噪算法可以快速給出濾波結果，在保證時效性的同時，zui大限度地濾除噪聲。