摘要：渦街流量計(jì)抗管道振動(dòng)性能，將數(shù)字陷波技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)應(yīng)力式渦街流量計(jì)，并進(jìn)行了0.5g以下振動(dòng)加速度試驗(yàn)，結(jié)果表明該方法在0.2g及以下振動(dòng)加速度情況下可有效改善渦街流量計(jì)抗管道振動(dòng)性能。
0引言
　　渦街流量計(jì)因其介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)可動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)而被廣泛使用。而渦街流量計(jì)是利用流體經(jīng)過(guò)旋渦發(fā)生體后產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行流量測(cè)量的，在管道振動(dòng)的情況下，渦街流量計(jì)無(wú)法正常使用［1-5］。
　　以國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)力式渦街流量計(jì)為基礎(chǔ)，將數(shù)字陷波技術(shù)應(yīng)用于其數(shù)字信號(hào)處理單元，并在氣體流量管道振動(dòng)試驗(yàn)裝置上，在相同流速范圍內(nèi)相同振動(dòng)頻率不同振動(dòng)加速度的管道振動(dòng)，渦街流量計(jì)在管道振動(dòng)條件下的抗振性能。
1數(shù)字陷波
　　在振動(dòng)信號(hào)分析處理中，數(shù)字濾波是通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算從所采集的離散信號(hào)中選取人們所感興趣的一部分信號(hào)的處理方法。
　　數(shù)字陷波是數(shù)字濾波的一種，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算從所采集的離散信號(hào)中濾除非期望信號(hào)的處理方法，也稱為梳狀濾波。它的主要作用有濾除測(cè)試信號(hào)中的噪聲或虛假成分、提高信噪比、抑制干擾信號(hào)、分離頻率分量等。用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字陷波的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)函數(shù)具有可變性，僅依賴于算法結(jié)構(gòu)，并易于獲得較理想的濾波性能。陷波器設(shè)計(jì)的目的是濾去一定范圍的頻率干擾，但在濾波過(guò)程中要求基本不改變其他頻率成分，因此，要求陷波濾波器的頻率響應(yīng)如式（1）所示。

　　一個(gè)理想的點(diǎn)阻陷波濾波器的頻率響應(yīng)要在消除的信號(hào)頻率點(diǎn)處，其值等于零；而在其他頻率處，其值不為零，且要等于1，其頻率響應(yīng)特性如圖1所示。

　　數(shù)字濾波的頻域方法是利用ＦＦＴ快速算法對(duì)輸入信號(hào)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換，分析其頻譜，根據(jù)濾波要求，將需要濾除的頻率部分直接設(shè)置成零或加漸變過(guò)渡頻帶后再設(shè)置成零的方法［６］。將陷波器的設(shè)計(jì)思想與數(shù)字濾波的頻域方法相結(jié)合，即本文采用的數(shù)字陷波的頻域方法。
2試驗(yàn)裝置
　　氣體流量管道振動(dòng)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。為得到壓力較穩(wěn)定的氣流，空氣壓縮機(jī)將大氣中的空氣壓縮，注入至穩(wěn)壓儲(chǔ)氣罐，高溫壓縮空氣經(jīng)過(guò)冷干機(jī)冷卻除濕后，得到的純凈氣體先后流經(jīng)氣路總閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)表）、渦街流量計(jì)（被校表）后，最終通向大氣。選擇了具有頻率調(diào)節(jié)（1~400Hｚ）、簡(jiǎn)易調(diào)整加速度（＜20ｇ）/振幅、輸出正弦類波形等功能的振動(dòng)臺(tái)，將氣體管道固定在振動(dòng)臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)定頻率下不同振動(dòng)加速度的管道振動(dòng)［4］。

　　采用標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)定被測(cè)渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)，即由渦輪流量計(jì)測(cè)得的流量值、渦輪流量計(jì)表前壓力變送器測(cè)得的壓力值及渦街流量計(jì)表前壓力變送器測(cè)得的壓力值便可換算得到流經(jīng)被測(cè)渦街流量計(jì)的體積流量（管路中氣體溫度變化很小，忽略不計(jì)）。標(biāo)準(zhǔn)表渦輪流量計(jì)的最大允許誤差為±1％，內(nèi)徑為50mm，流量范圍為5~100m3/h；兩個(gè)壓力變送器的最大允許誤差均為±2％。
3管道振動(dòng)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析
　　分別在5，7.5，11，15.5，20.5m/s五個(gè)流速，施加豎直方向振動(dòng)，在振動(dòng)頻率40Hｚ，振動(dòng)的加速度分別為0.05g，0.1g，0.2g，0.5g的條件下對(duì)普通應(yīng)力式模擬渦街流量計(jì)和應(yīng)用數(shù)字陷波技術(shù)的渦街流量計(jì)在圖2所示的氣體管道振動(dòng)試驗(yàn)裝置上進(jìn)行管道振動(dòng)試驗(yàn)。
　　普通應(yīng)力式模擬渦街流量計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，相對(duì)誤差曲線如圖3所示。應(yīng)用數(shù)字陷波技術(shù)的渦街流量計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示，相對(duì)誤差曲線如圖4所示。
表1模擬渦街流量計(jì)抗管道振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果


表2應(yīng)用數(shù)學(xué)陷波技術(shù)的渦街流量計(jì)抗管道振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果



　　由試驗(yàn)數(shù)據(jù)及相對(duì)誤差曲線可以看出，普通模擬渦街流量計(jì)抗管道振動(dòng)的性能很差，不考慮其下限流速，振動(dòng)頻率為40Hｚ時(shí)只能在0.05g管道振動(dòng)加速度的情況下正常工作。

　　數(shù)字陷波技術(shù)的渦街流量計(jì)與普通的模擬渦街流量計(jì)相比，抗振性能大大提高（最低流速點(diǎn)0.5g振動(dòng)加速度情況除外）。圖中，在流速為5m/s時(shí)，數(shù)字渦街流量計(jì)在40Hｚ、0.5g振動(dòng)加速度的情況下，相對(duì)誤差達(dá)到38.57％。由表2數(shù)據(jù)可以看出，出現(xiàn)該問(wèn)題的原因并非由40Hｚ的振動(dòng)信號(hào)造成，而是由振動(dòng)信號(hào)的三倍頻信號(hào)造成的。出現(xiàn)倍頻信號(hào)的原因可以歸結(jié)為兩個(gè)方面：1）施振裝置本身產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)并不是純凈的，其中夾雜著設(shè)定頻率振動(dòng)信號(hào)的倍頻信號(hào)；2）管道的安裝、連接過(guò)程中，螺絲的松動(dòng)、不平衡、不對(duì)中等都會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生倍頻現(xiàn)象［7］。
　　除了最低流速點(diǎn)處于0.5g振動(dòng)加速度的情況之外，數(shù)字陷波技術(shù)的渦街流量計(jì)達(dá)到了抗0.5g振動(dòng)加速度的抗振水平。
4小結(jié)
　　將數(shù)字陷波技術(shù)應(yīng)用于被廣泛使用的應(yīng)力式模擬渦街流量計(jì)，對(duì)其進(jìn)行管道振動(dòng)條件下的測(cè)量，與普通的模擬渦街流量計(jì)相比，抗振性能大大提高。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在應(yīng)用數(shù)字陷波技術(shù)時(shí)，不僅需要考慮濾除振動(dòng)信號(hào)，還應(yīng)考慮濾除振動(dòng)信號(hào)的倍頻信號(hào)，才能更大范圍地拓展渦街流量計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域。

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