基于Duffing振子和双窗估计的涡街信号处理方法研究

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1、恕嘲⑨天洋大薯硕士学位论文学科专业：检测技术与自动化装置作者姓名：郑丹丹指导教师：张涛教授中文摘要涡街流量计因其具有结构简单、无可动部件、介质适应性强、使用寿命长等优点而被广泛应用。但是，将其用于低流速测量时仍存在明显不足，涡街的有用信号被强噪声淹没，从而导致无法提取有用信号，致使涡街的量程比小，测不到更低的流量下限。本课题就是针对这一问题提出的，对涡街流量计在低流速、小口径下信号微弱，易被噪声淹没而不易提取的问题进行研究，摒弃传统的模拟信号处理方法，利用数字信号处理方法解决微弱涡街信号的估计问题。在阅读了大量文献的基础

2、上，采用了松弛陷波周期图法进行仿真研究，针对仿真中出现的问题，对松弛陷波周期图中单谐波估计算法进行改进，比较了不同窗函数下的估计效果，最终提出了利用双窗估计单频信号的方法，即频率估计采用汉宁窗，幅值估计采用三角窗。通过仿真和在DN25、DN50水装置上进行实验，均验证了基于双窗估计的松弛陷波周期图法的有效性，DN25最低可测得O．317m3／h，DN50最低可测得1．009m3／h，且重复性均小于l％，有效地扩展了流量下限。但在实验中发现，松弛陷波周期图法对于测量更低流量效果不好，噪声分布在整个频域中，无法通过基于最大似

3、然频率估计的方法将涡街信号提取出来，于是在本文中又提出一个新的研究方法——基于混沌理论的微弱信号检测。通过对duffing振子方程运动特性、抗噪特性以及检测未知频率信号特性的仿真研究，初步认为基于混沌理论的检测方法是适用于更低流速下涡街信号检测的，抗噪性和估计精度均好于松弛陷波周期图法。但是，对于混沌的研究是近十几年才兴起的，应用于工程中更是处于起步阶段，因此本课题在对此方法的研究中仍存在许多问题，如判别混沌的方法，间歇运动周期的计算等等，这些都有待于在今后的研究中进行探讨。关键词：涡街流量计松弛陷波周期图法双窗混沌AB

4、STRACTVortexflowmetersarewidelyusedindifferentfieldsduetoitssimplestructure．nomovingcomponents，insensitivetomedia，longoperminglifeandsoon．However，ithaspoorperformanceatlowflowratewheretheusefulvortexsignalissubmergedbys廿ongernoisesandhardtoberetrieved．Inthisease。

5、thevortexflowmetercannotmeasurethelower1imitofflowrate．whichlcadstoasmallermeasurementrarIge．Thesubjectispresentedagainstaboveproblem．Otherthantraditionalanalogsignalmethod，theresearchadoptsdigitalsignalmethodtoestimatetheweakvortexsignal．Basedonlargenumbersofref

6、erences．theWOrkisdividedintothreesteps．First，thesingle—frequencysignalestimatemethodinrelaxingnotchperiodogramisimprovedduetoproblemsinsimulation．Di仃crentwindowfunctions’effectonestimationiScomparedandfinallythedouble．windowiSpresentedtoestimatesingle—frequencysi

7、gnal：frequencyestimationusinghanningwindowandamplitudeestimationusingtrianglewindow．Second，inordertoprovethepracticabilityofthedouble—windowrelaxingnotchpefiodgram，experimentsaremadeontheDN25andDN50waterequipmentsrespectively．ThelowestflowrateDN25candetectiSO．317

8、m’／handDN50is1．009m’／h．TherepeatabilityiSsmallerthan1％．Therefore．theimprovementmethodcaneffectivelyexpandelOWlimitofflowrate．Third，throughexperiments，itisfound