渦街流量計(jì)智能技術(shù)的應(yīng)用與原理 二十九
§5．1基于壓電式渦街流量計(jì)渦街正弦信號(hào)的頻譜分析研究
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)渦街流量計(jì)的廠家大多采用了單片機(jī)，但僅限于用來進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和補(bǔ)償，表征流速的頻率仍使用硬件電路，即由渦街傳感器得到的信號(hào)，經(jīng)過電路的放大、濾波、整形，輸出脈沖頻率信號(hào)。用這種方法雖然實(shí)時(shí)性較好，但流量計(jì)安裝在管道中，與管道相聯(lián)系的各種震動(dòng)源所產(chǎn)生的干擾會(huì)疊加在壓電晶體的輸出信號(hào)上，可能導(dǎo)致電路的誤觸發(fā)，從而造成頻率計(jì)數(shù)的誤差，甚至不能正確測(cè)量流速。為此，一些研究人員提出發(fā)揮單片機(jī)的作用，采用譜分析等方法來進(jìn)行信號(hào)處理，并計(jì)算出代表實(shí)際流速大小的頻率值。
§5．1．1頻譜分析法的提出
由于基于積分變換理論的頻譜分析法著眼點(diǎn)是信號(hào)在無窮或有限時(shí)間區(qū)間上的整體性質(zhì)和特征，對(duì)信號(hào)中具體的個(gè)別細(xì)節(jié)并不敏感，帶有噪聲的周期信號(hào)，其頻率自始至終有確定的性質(zhì)和規(guī)律，而隨機(jī)干擾信號(hào)僅影響到信號(hào)的個(gè)別細(xì)節(jié)，所以頻譜分析法頻率測(cè)量對(duì)干擾信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用，另外由于在
頻譜分析法頻率測(cè)量中沒有信號(hào)觸發(fā)電平閥值的問題，從而消除了儀表靈敏度對(duì)測(cè)量精度的影響吲。
§5．1．2頻譜分析法的發(fā)展及其性能比較
頻譜分析是信號(hào)分析的重要內(nèi)容，對(duì)確定性信號(hào)和周期信號(hào)通常采用傅立葉分析方法，而對(duì)隨機(jī)信號(hào)由于不能直接利用傅立葉分析，只能在頻域通過相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換，即功率密度譜對(duì)它的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行描述和分析，因此功率譜估計(jì)是隨機(jī)信號(hào)處理中的一個(gè)非常重要的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。所謂估計(jì)就是用觀測(cè)到的量來表示未知的量。具體地說就是根據(jù)給定的觀測(cè)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)信息，按一定的準(zhǔn)則和要求，對(duì)未知的參數(shù)或隨機(jī)變量作出最佳的估計(jì)。功率譜估計(jì)基本上可分為非參數(shù)估計(jì)的經(jīng)典方法和參數(shù)估計(jì)的近代方法。判斷隨機(jī)信號(hào)數(shù)
字特征的估計(jì)方法的好壞標(biāo)準(zhǔn)是其必須是一致估計(jì)，既滿足無偏估計(jì)又使估計(jì)方差趨于零，即均方誤差最小或趨于零。
經(jīng)典譜估計(jì)是基于FFT算法的非參數(shù)估計(jì)，對(duì)足夠長(zhǎng)的記錄數(shù)據(jù)效果較好，得到普遍應(yīng)用的有改進(jìn)周期圖平均算法。但由于在估計(jì)過程中存在兩個(gè)與實(shí)際不符的假設(shè)(即隱含確定在已知數(shù)據(jù)以外的全部數(shù)據(jù)均為零和假定數(shù)據(jù)是以N為周期的周期性延拓)和加窗處理使得估計(jì)方差大，功率泄漏大，頻率分辨率低，不適用于短序列的譜分析對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)。
近代譜估計(jì)是建立自隨機(jī)信號(hào)參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，把有限長(zhǎng)時(shí)間序列看作是以自噪聲序列激勵(lì)一個(gè)線性濾波器輸出的結(jié)果。若該線性濾波器是物理可實(shí)現(xiàn)的，可以用有限系數(shù)來描述則稱為有限參數(shù)模型，相應(yīng)的有MA模型、AR模型和AIiMA模型。每一種模型輸入的白噪聲都代表模型的隨機(jī)分量，由于線性濾波器是確定系統(tǒng)，它的系數(shù)表示參量不是隨機(jī)變量，所以看作是一個(gè)線性預(yù)測(cè)器(估計(jì)器)，它們之間有著密不可分的內(nèi)在聯(lián)系。所謂參數(shù)法就是通過信號(hào)模型參數(shù)或預(yù)測(cè)誤差濾波器參數(shù)的估計(jì)，實(shí)現(xiàn)功率譜估計(jì)。
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