基于谱分析的涡街流量信号处理

(1)各泵频率点上计算得到的整周期FFT平均值随着“泵频率／流量”值的逐渐降低而减小。
　　(2)根据用户手册知道LUGB型涡街流量计所能检测到的流体频率范围为13.191Hz～131.91Hz，这是该流量计用传统的电路阈值方法处理涡街信号时的频率检测范围。而用频谱分析方法处理该流量计的涡街信号，在“泵频率／流量”为35Hz／60.58％时得到的涡街信号频率为11.0726Hz，比用传统的电路阈值方法所能检测到的下限频率低2Hz左右。从这点看，频谱分析方法处理涡街信号要比传统的电路阈值方法优越，特别是在测量低流速段时。
　　(3)本实验选取的采样频率为1kHz，采样点数为2048点，因而频率分辨率
　　
　　则系统在低流速时的测量相对误差为
　　
　　由此可见，若希望测量精度为0.45％，则在信号频率不变的情况下，分辨率应该在0.05Hz以下，在采样点数不变的情况下，则要求采样频率降低到100Hz以下，这就不能满足香农采样定理。若采样频率保持不变，要使分辨率在0.05Hz以下，则采样点数需要增加到20480点以上。可是点数增加则增大数据存储量，同时增大计算量，增加计算时间，会降低系统的实时性。而在采样频率和采样点数一定的情况下，信号频率越低，测量误差越大。对此，用分段设置采样频率的办法以达到同时满足计算精度和系统实时性的要求。进行频率分段，要进行采样频率的频繁切换，这就很难实现在线的信号采集，也很难真正满足系统的实时性，因此该方法不能从根本上解决问题。

在低流速时，特别是当信号频率在10Hz以下时，涡街信号和噪声信号几乎重叠在一起，甚至噪声的幅值还略大于涡街信号幅值。此时，用功率谱分析方法来处理涡街流量信号，很可能得到的噪声频谱峰值要高于信号频谱幅值，这样就会将噪声频率错认为是涡街信号频率。由此看来，单纯地用频谱分析方法要达到扩展涡街流量计在低流速时的量程下限非常困难。
　　但是，利用频谱分析能很好地展现信号的频率分布特征，能初步提供涡街信号的频率，为进一步进行涡街信号频率的准确检测做好了准备，提供了研究基础和方向。在频谱分析的基础上，我们设计了涡街信号阈值处理专家系统，并已取得了一定的进展。下一步，我们将继续结合谱分析，运用人工智能和专家系统的方法来处理涡街流量信号，以期能对扩展涡街流量计量程下限的问题有所突破。