基于EEMD-Hilbert谱的涡街流量计尾迹振荡特性

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1、20t7年2月第43卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2017V01．43No．2http：?fbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa÷edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0125基于EEMD-Hilbert谱的涡街流量计尾迹振荡特性姚凤艳1，周天1’2，孙志强1’8(1．中南大学能源科学与工程学院，长沙410083；2．中南大学材料科学与工程学院，长沙410083)摘要：为了研究涡街流量计尾迹振荡特征

2、，采用集总经验模态分解(EEMD)．Hil—bert谱方法，对测量介质为空气、流量范围为10．58～220m3／h的涡街流量计管壁差压信号进行处理，首先用EEMD方法对管壁差压信号进行分解，得到固有模态分量，然后对分解后的各个分量进行Hilbert变换，得到Hilbert谱和边际谱，进而提取管壁差压信号的旋涡脱落频率。比较了Fourier变换与EEMD—Hilbert谱方法在信号去噪和频率提取方面的性能。结果表明：EEMD—Hilbert谱方法可有效去除叠加在实际涡街成分之中的噪声，能够较完整保留尾迹振荡的固有成分；在流量较低时，EEMD—Hilbert谱方法对尾迹振荡频率

3、的提取精度比Fourier变换高30％以上，有效拓展了涡街流量计的测量下限；通过计算能量比，揭示了EEMD．Hilbert谱方法提高频率提取精度的原因，即EEMD—Hilbert谱方法降低了信噪比；Hilbert谱直观表示信号的时间一频率一能量关系。关键词：涡街流量计；尾迹振荡；集总经验模态分解(EEMD)；Hilbert变换；去噪中图分类号：TH814；TK313文献标识码：A文章编号：1001—5965(2017)02．0395．08涡街流量计是一类常用的流量测量仪表，广泛用于气体、液体和蒸汽的测量，具有量程大、精度高、无可动部件、可靠性强及使用方便等特点¨’31。涡街

4、流量计的测量原理为：一定条件下非流线形的旋涡发生体诱发尾迹流体发生周期性的振荡，该振荡的频率与流过旋涡发生体的流体流量成正比，因此准确提取尾迹振荡信号是涡街流量计的技术关键”⋯。然而，在实际应用中，由于设备振动及环境噪声的存在，涡街流量计尾迹振荡信号中不可避免地会混有一定程度的噪声，为了准确地获得涡街流量计的尾迹振荡特性，需采用合适的信号处理方法对涡街流量计的尾迹振荡信号进行筛选和提取。目前常用的信号处理方法主要有Fourier变换’7。、小波变换¨⋯、Wigner．Ville分布¨引等，但这些方法均存在一定的弊端，如Fourier变换无法同时兼顾信号在时域和频域的全貌和局

5、部化特性；小波变换的小波窗不具有自适应性；Wigner．Ville分布对多分量信号进行分析时存在强烈的交叉项干扰。经验模态分解(EmpiricalModeDecomposi—tion，EMD)¨1‘“1是一种新型的时频分析方法，能够将信号分解为若干固有模态函数(IntrinsicModeFunction，IMF)，具有自适应性、正交性及完备性的特点，已广泛应用于能源、化工、医疗、气象等领域。樊辰阳等¨副采用EMD方法对信号中混杂的干扰噪声进行滤除，提取出真实的涡街成分，通过对在线涡街流量信号进行仿真分析，验证了该方法的有效性。Sun和Zhang。12J结合EMD方法对涡街流

6、量计中原始信号分解的结果，提取各固有模态函数的能量比，分析流动中的扰动对涡收稿日期：2016-024)6；录用日期：2016-06-12；网络出版时间：20164)94)615：32网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160906．1532．004．html基金项目：国家自然科学基金(51576213)；中南大学中央高校基本科研业务费专项资金(2015zzts203)十通讯作者：E-mail：zqsun@CSU．edu．cn引用格式：姚凤艳，周天，孙志强．基于EEMD-Hilbert谱的竭街流量计尾迹振荡特性Ⅳj．北京航空

7、航天大学学报，2017，43(2)395-402．YAOFY，ZHOUT，SUNZQ．VonexflowmeterwakefluctuationcharacteristicsbasedonEEMD-Hilbenspectrum[JJJournalofBeOingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(2)：395·402(inChinese)．396北京航空航天大学学报街流量计测量性能的影响。Mao等。14o基于EMD方法，通过建立模型，经4步即可模拟非平稳车辆