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自回归模型谱估计在流量测量中的应用

刘轶  
【摘要】: 流量是工业控制与生产中的一个重要参数。为了对流量进行准确的测量,人们设计出了各种流量计。由于涡街流量计具有无机械可动部件,可得到与流量成正比的频率输出信号,压力损失较小和量程比较宽等优点,因而应用相当广泛。但是,由于其工作原理的关系,它对外界的各种干扰非常敏感,使其现场测量精度大大低于实验室标定的精度。目前涡街流量计所采用的放大、滤波、整形、计数的处理方式,在从噪声中提取流量信号方面存在较大的局限性,只能采用限制量程比、不测小流量等方法来抑制噪声。本文的主要目的是以数字信号处理的理论为基础,采用自回归(autoregressive,缩写为AR)模型谱估计的方法对涡街流量计的输出信号进行分析和处理,得出流量信号的频率,再换算成流量值,并将其与计数测量方法得出的结果进行了对比。论文依次讲述了流量的测量方法和发展趋势,流体的物理参数,涡街流量计的测量原理,AR模型谱估计的基础理论,并针对涡街流量计设计了信号处理电路和测量软件,最后对用计数方法和AR模型谱估计方法得出的测量结果进行了定性和定量分析。论文涉及到的研究工作有以下几个方面: (1)流量传感器研究。流量测量原理、分类及发展状况,着重讨论了涡街流量传感器的原理、结构特点及测量电路。 (2)AR模型谱估计理论研究。通过对AR模型谱估计理论的研究,提出了用AR模型谱估计对流量信号进行处理和分析,然后计算出流量信号的频率,最后换算成流量值的方法。 (3)基于涡街流量计的流量测量系统。设计了对流量计输出信号进行衰减和整形的电路,测量软件中采用中断方式对处理过的信号进行采集并进行处理和分析,换算出流量值并在计算机屏幕上显示出来,同时将采样所得数据和计算出的流量值存入计算机文件中。 (4)分别采用计数的方法和AR模型谱估计的方法进行实验。通过实验验证,AR模型谱估计可以作为一种较好的方法,用来处理流量计的输出信号,并且此方法得出的结果比计数方法得出的结果精度高。


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