摘要(yào)：渦街流量(liàng)計
抗管道(dào)振動性能(néng)，将數字陷(xiàn)波技術應(ying)用于傳統(tǒng)應力🛀🏻式🤞渦(wo)街流㊙️量計(ji)，并進行了(le)0.5g以下振動(dòng)加速度試(shì)驗，結果表(biao)明該方法(fǎ)在0.2g及以下(xia)振動加速(su)度情況下(xia)可有效改(gai)善渦街😘流(liu)量計抗管(guan)道振動性(xìng)能。
0引言
渦(wo)街流量計(jì)因其介質(zhì)适應性強(qiang)、無可動部(bù)件、結構簡(jian)單、可靠性(xing)高等特點(diǎn)而被廣泛(fàn)使用。而渦(wō)街流量計(ji)是🔞利用🐆流(liu)體經過🏃旋(xuan)渦✨發生體(ti)後産生的(de)振動進行(hang)流量測量(liàng)的🧡，在管道(dào)振動的🐅情(qíng)況下🚶♀️，渦街(jie)流量計🥵無(wu)法正常💛使(shǐ)用［1-5］。
以國内(nei)外應用最(zuì)爲廣泛的(de)應力式渦(wo)街流量計(ji)爲基礎，将(jiang)數字陷波(bo)技術應用(yòng)于其數字(zi)信号處理(lǐ)單元，并在(zai)氣體流量(liang)管道振動(dong)試驗裝置(zhì)上，在相同(tóng)流速範圍(wei)内相同振(zhèn)動頻率不(bú)同振動加(jiā)速度的管(guǎn)道振動，渦(wo)街流量計(ji)在😄管道振(zhen)動條件下(xia)的抗振性(xing)能。
1數字陷(xiàn)波
在振動(dòng)信号分析(xi)處理中，數(shù)字濾波是(shì)通過數學(xué)運算從所(suǒ)采集的離(li)散信号中(zhong)選取人們(men)所感興趣(qu)的❓一部分(fèn)信号的處(chù)理🔴方法🐅。
數(shu)字陷波是(shi)數字濾波(bo)的一種，通(tong)過數學運(yun)算從所采(cǎi)集💃🏻的離散(sàn)信号中濾(lǜ)除非期望(wang)信号的處(chù)理方法，也(yě)稱爲梳狀(zhuang)濾波。它🌈的(de)主要作用(yòng)有濾除測(cè)試信号中(zhōng)的噪聲或(huò)虛🏃假成分(fèn)、提高信噪(zào)比、抑制幹(gan)擾信号☔、分(fèn)離頻率分(fèn)量等。用軟(ruǎn)件實現數(shu)字陷波的(de)優點是🈲系(xì)統函數具(jù)有可變性(xìng)，僅依賴于(yu)算法結構(gòu)，并易于⛷️獲(huò)得較理想(xiang)的濾波性(xing)能。陷波器(qi)設計的目(mu)的是濾去(qu)一定範圍(wei)的頻率幹(gan)擾，但在濾(lü)波過程中(zhong)要求基本(ben)不改變其(qi)他頻率成(cheng)分，因此，要(yào)求陷波濾(lü)波器的🤞頻(pin)率響應如(rú)式（1）所示。
一(yī)個理想的(de)點阻陷波(bo)濾波器的(de)頻率響應(ying)要在消除(chú)的信号頻(pín)率點處，其(qí)值等于零(ling)；而在其他(ta)頻率處，其(qí)值✍️不爲零(líng)，且要等🏒于(yú)1，其🤟頻率響(xiǎng)應特性如(ru)圖1所示。
數(shù)字濾波的(de)頻域方法(fǎ)是利用ＦＦＴ快(kuài)速算法對(dui)輸入信号(hào)采樣數據(jù)進行離散(san)傅裏葉變(biàn)換，分析其(qi)頻譜，根據(jù)濾波要求(qiu)，将✉️需要濾(lü)除的頻率(lü)部分直接(jiē)設置成🈚零(ling)或加漸變(bian)過渡頻帶(dài)後再設置(zhi)成零的方(fāng)法［６］。将陷波(bō)器的設計(ji)思想與數(shù)字濾波🐆的(de)頻域方法(fǎ)相結合，即(ji)本文采用(yong)的數字陷(xiàn)波的頻域(yù)方法。
2試驗(yan)裝置
氣體(tǐ)流量管道(dao)振動試驗(yan)裝置結構(gòu)圖如圖2所(suo)示。爲得到(dao)⛷️壓力較穩(wen)定的氣流(liu)，空氣壓縮(suō)機将大氣(qì)中的空氣(qi)壓縮，注入(rù)至穩🍉壓儲(chu)氣罐，高溫(wen)壓縮空氣(qi)經過冷幹(gàn)機冷卻除(chu)濕後，得到(dào)的純淨氣(qi)體🍉先後流(liu)經氣路總(zǒng)閥、氣動調(diao)節閥、
渦輪(lun)流量計
（标(biāo)準表）、渦街(jie)流量計（被(bei)校表）後，最(zui)終通向大(dà)氣。選擇了(le)具有頻率(lü)調節（1~400Hｚ）、簡易(yi)調整加速(su)度（＜20ｇ）/振幅、輸(shū)出正弦類(lèi)波形等功(gong)能的振📐動(dong)台，将氣體(ti)管道固定(dìng)在振動台(tái)上，從而實(shi)現設定頻(pin)❤️率下不同(tóng)振動加速(su)度的管🈲道(dào)振動［4］。
采用(yòng)标準表法(fǎ)标定被測(ce)渦街流量(liang)計的儀表(biǎo)系數，即由(you)渦輪流量(liàng)計測得的(de)流量值、渦(wō)輪流量計(ji)表前壓力(lì)變送器測(cè)得的壓力(lì)值及渦街(jiē)流量計表(biao)前壓力變(biàn)送器測得(dé)的壓力值(zhi)便可換算(suàn)得到流經(jīng)被測渦街(jiē)流量計的(de)體積流量(liang)（管路✌️中氣(qi)體溫度變(bian)化很小，忽(hū)略不計）。标(biāo)準表渦輪(lun)流量計的(de)最大允許(xǔ)誤差爲±1％，内(nei)徑爲50mm，流量(liàng)範圍爲5~100m3/h；兩(liang)個壓力變(bian)送器的最(zui)大允許誤(wù)差均爲±2％。
3管(guǎn)道振動試(shì)驗及數據(ju)分析
分别(bie)在5，7.5，11，15.5，20.5m/s五個流(liu)速，施加豎(shù)直方向振(zhen)動，在振動(dòng)頻率40Hｚ，振動(dong)🌈的加速度(dù)分别爲0.05g，0.1g，0.2g，0.5g的(de)條件下對(dui)普通應力(li)式模拟渦(wō)街流量計(jì)和應用數(shù)🔱字陷波技(ji)術的渦街(jie)流量計在(zai)圖2所示的(de)🚶氣體管道(dào)振動試驗(yan)裝❄️置上進(jìn)行管♻️道振(zhen)動試驗。
普(pu)通應力式(shì)模拟渦街(jie)流量計試(shì)驗數據如(ru)表1所示，相(xiang)對♈誤差曲(qǔ)線如圖3所(suǒ)示。應用數(shu)字陷波技(ji)術的渦🈚街(jie)流量計試(shi)驗數據如(ru)表2所示，相(xiang)對誤差曲(qu)線如圖4所(suǒ)示。
表1模拟(nǐ)渦街流量(liang)計抗管道(dào)振動試驗(yan)結果
表2應(yīng)用數學陷(xian)波技術的(de)渦街流量(liang)計抗管道(dào)振動試驗(yan)結果
由試驗數(shu)據及相對(duì)誤差曲線(xian)可以看出(chu)，普通模拟(ni)渦街流㊙️量(liàng)計抗管道(dào)振動的性(xìng)能很差，不(bú)考慮其下(xià)限流速，振(zhen)動頻率爲(wèi)🏃🏻♂️40Hｚ時隻能在(zài)0.05g管道振動(dòng)加速度的(de)🧑🏽🤝🧑🏻情況下正(zheng)常工🏃♀️作。
數(shu)字陷波技(ji)術的渦街(jie)流量計與(yu)普通的模(mo)拟渦街流(liú)💁量😍計相比(bǐ)，抗振性能(néng)大大提高(gao)（最低流速(su)點0.5g振動🐕加(jia)速度情♉況(kuang)除外）。圖中(zhong)，在流速爲(wèi)5m/s時，數字渦(wo)街流量計(ji)在40Hｚ、0.5g振動加(jiā)速度的情(qíng)❤️況下，相對(dui)誤差達到(dào)38.57％。由表2數據(ju)可以看💘出(chu)，出現該問(wèn)題的原因(yin)并非由👉40Hｚ的(de)振動信💃号(hào)造成，而是(shì)由振動信(xin)号的三倍(bèi)頻信号造(zao)成的。出現(xian)倍頻信号(hào)的原因可(ke)以歸結爲(wèi)兩個方面(mian)：1）施振裝置(zhì)本身産生(sheng)的振動信(xin)号并不是(shì)純淨的，其(qi)中夾雜着(zhe)設定頻率(lǜ)振動信号(hào)的倍頻信(xìn)号；2）管道的(de)安裝、連🐅接(jiē)過程中，螺(luó)絲的松動(dòng)、不平衡、不(bu)對中等都(dou)會使系統(tǒng)産生倍頻(pín)現象［7］。
除了(le)最低流速(su)點處于0.5g振(zhèn)動加速度(dù)的情況之(zhī)外，數字陷(xian)波技術的(de)渦街流量(liang)計達到了(le)抗0.5g振動加(jiā)速度的抗(kàng)🆚振水平。
4小(xiao)結
将數字(zi)陷波技術(shu)應用于被(bei)廣泛使用(yòng)的應力式(shì)模拟渦街(jie)流量♍計，對(duì)其進行管(guan)道振動條(tiáo)件下的測(ce)量，與普通(tong)的模拟渦(wō)街流量計(jì)相比，抗振(zhen)性能大大(dà)提高。由試(shì)❓驗數據可(ke)以看出，在(zài)應用數字(zi)陷波技術(shù)時，不僅需(xu)要考慮濾(lü)除振動信(xìn)号♈，還應考(kao)慮濾除振(zhèn)動‼️信号的(de)倍頻信号(hào)，才能更大(dà)範圍地拓(tuo)展渦街流(liú)量計的應(ying)用領域。
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