摘要：針(zhēn)對漿液型電(dian)磁流量計 的(de)矩形波勵磁(cí)技術，提出一(yī)種更加符合(hé)矩形波特點(dian)的㊙️Walsh變換法。對(dui)基于Walsh變換的(de)諧波分
析方(fāng)法進行實驗(yan)驗證其可行(hang)性和實際效(xiao)果。實驗表明(míng)❗在不提升勵(lì)磁頻率的前(qian)提下，該諧波(bō)分析方法可(kě)以一定程度(dù)克服漿🌏液噪(zao)
聲引起的流(liu)量信号波動(dòng)。從而爲漿液(ye)型電磁流量(liang)計的諧波分(fen)析方法提供(gong)了一種新的(de)思路和理論(lùn)依據。
　　電磁流(liu)量計 是20世紀(ji)50~60年代随着電(dian)子技術的發(fā)展而迅速發(fa)展起✊來的新(xin)♈型流量測量(liàng)儀表畢。漿液(yè)型電磁流量(liàng)計是電磁
流(liu)量計性能的(de)進一步發展(zhǎn),可以用來測(ce)量含有砂漿(jiang)👈、泥🔆漿、紙漿等(děng)大小不均的(de)固體顆粒的(de)漿液型流體(ti)。目💋前漿🚶‍♀️液型(xíng)電磁流量計(jì)
在工業中的(de)應用越來越(yuè)多，但是由于(yú)漿液型流體(tǐ)流量測量中(zhong).存在的漿液(ye)噪聲問題，使(shi)得漿液型電(diàn)磁流量計存(cun)在測量精度(dù)不高
、測量不(bu)穩定等問題(tí)。國内外學者(zhe)主要通過改(gai)進勵磁技術(shu),提高👅勵磁頻(pin)率或研究漿(jiang)液型流體流(liú)量信✊号的特(te)點，運用各種(zhong)信号處
理技(ji)術的方法抑(yi)制漿液噪聲(sheng)。本文主要針(zhēn)對在不提🌏高(gao)🍉勵磁頻率的(de)情況下，對流(liu)量信号進行(hang)的頻域特征(zhēng)進行分析并(bìng)計算流量,由(yóu)
此提出一種(zhǒng)新的諧波分(fen)析方法進行(háng)探讨。
　　Walsh函數是(shì)由J.L.Walsh提出，是一(yī)種完備的正(zhèng)交函數系凹(ao),該函❄️數的取(qu)值僅爲+1.-1,Walsh變換(huàn)比較容易在(zai)工業上進行(háng)實現。Walsh函數和(he)傅裏葉函數(shù)具有很高的(de)相似性旦,不(bú)同之處在于(yú)Walsh函數是由方(fāng)波組成,傅裏(lǐ)葉函數是由(you)三角函數組(zǔ)成,将傅裏葉(ye)變換中的三(sān)角函數替換(huan)成Walsh函數就可(kě)以進行Walsh變換(huan)。
　　在漿液型電(dian)磁流量計的(de)勵磁方式中(zhong)，通常都是采(cai)㊙️用矩形波勵(lì)磁，産生的流(liu)量信号也都(dou)呈現矩形波(bo)的形式。這正(zheng)與⛹🏻‍♀️Walsh函
數的方(fang)波形式的特(te)點相對應。另(lìng)外,Walsh變換在計(ji)算方面僅需(xū)要進行實數(shù)的加減運算(suàn)，相比于需要(yào)進行複數乘(chéng)法運算的傅(fù)裏葉變換更(geng)加的簡單、運(yùn)算速度更加(jia)的高效凹,同(tóng)時也更加方(fāng)便工業實現(xian)。本文通過對(dui)基于Walsh變換的(de)諧波分析方(fāng)法進行實驗(yàn)探讨，爲漿液(ye)型電磁流量(liàng)計諧波分析(xī)的信号處理(li)方法提供一(yi)種新的方向(xiàng)和思路。
1漿液(ye)噪聲介紹
　　漿(jiang)液噪聲是指(zhi),在測量漿液(ye)型固液兩相(xiàng)流時,漿液内(nei)👨‍❤️‍👨部有🐉很.大兩(liang)的團狀物或(huò)者砂漿等大(da)小不均的固(gu)體顆粒。漿液(ye)🤩流動👅時,
這些(xie)顆粒會撞擊(jī)到電磁流量(liang)計的測量電(dian)極上，使♌得測(ce)量👌點擊産生(shēng)一個幹擾信(xin)号,大量的幹(gan)擾信号就會(huì)擾亂👄正常的(de)測量信❄️号,原(yuán)
本.應該平滑(hua)的感應電動(dòng)勢疊加漿液(ye)噪聲，就是使(shǐ)得流量的測(ce)量出現偏差(chà)。圖1爲勵磁頻(pín)率爲12.5Hz方波勵(lì)磁的砂漿流(liú)量信号
的幾(jǐ)乎不含砂漿(jiāng)的清水流量(liang)信号。

　　從圖1中可(ke)以看出砂漿(jiang)信号有着明(ming)顯的信号跳(tiào)變，而傳統的(de)方波勵磁信(xìn)号計算方法(fa)是使用正負(fù)勵磁相減的(de)方式再進行(háng)處理
得到流(liu)速信息。然而(ér)，在面對有着(zhe)劇烈波動的(de)漿液流量👄信(xin)号時🐇,這種方(fāng)法無法消除(chu)信号的劇烈(lie)波動,從而導(dǎo)緻測量的波(bō)動非常大導(dao)緻測量不準(zhun)确。所👌以本文(wen)從諧波分析(xi)人手，采用Walsh變(biàn)換從諧波分(fen)析角度對漿(jiang)液流量信号(hào)進行探讨🐇。
2Walsh變(bian)換簡介
　　Walsh(沃爾(er)什)函數是[O,1]定(dìng)義在上完備(bei)、歸一化的正(zheng)交系,記✔️爲wal(n,k),具(ju)體波❄️形如圖(tú)2所示。其中k爲(wèi)自變量,n爲序(xù)率,表示Walsh函數(shu)在[0,1]間變号的(de)次數,Walsh函數的(de)矩形波幅值(zhí)的取值🌈爲+1或(huo)-1。
　　Walsh函數即爲-.組(zu)矩形波族,任(ren)何以1爲周期(qi),且在[0,1)内可積(ji)的😍函數,都💘可(kě)以分解爲一(yi)組Walsh函數的加(jia)權和,即爲Walsh
級(jí)數:


3諧波分析(xi)方法
3.1諧波分(fèn)析方法的原(yuan)理.
　　目前漿液(yè)型電磁流量(liàng)計一般大都(dōu)采用矩形波(bō)勵磁方🏃式,如(ru)方波勵磁。方(fang)波勵磁所以(yǐ)得到的流量(liang)信号也都是(shi)🚩基于🌐方波形(xíng)式。
對于給定(dìng)幅值的E、均值(zhi)爲a的方波信(xìn)号，其傅裏葉(ye)展開🏃‍♂️公式爲(wei)
　　由于Walsh函數與(yǔ)傅裏葉函數(shu)具有很好的(de)相似性,所以(yi)Walsh變換的基波(bō)以及諧波幅(fú)值也和方波(bō)幅值存在着(zhe)一-定的比例(li)關系。
　　因此,諧(xie)波幅值和測(cè)量流體的流(liu)速之間存在(zai)着一定的比(bi)㊙️例關系，選擇(zé)頻譜中能夠(gou)表征流量信(xìn)号且受到幹(gan)擾較小的諧(xie)波幅值
，通過(guò)測量諧波幅(fu)值的大小來(lái)計算流速。實(shí)驗中會通過(guo)對實際流量(liàng)信号的采集(jí)并處理,對諧(xié)波幅值和流(liú)速進行線性(xing)拟合來确定(dìng)
Walsh變換諧波幅(fu)值和流速之(zhi)間存在的線(xian)性關系。
3.2實驗(yan)平台介紹
　　本(běn)文采用如圖(tú)3所示實驗裝(zhuang)置來驗證Walsh諧(xié)波分析方法(fa)的可行性。實(shí)驗裝置上用(yòng)于設定流量(liang)和流速的可(kě)作爲對🌂照表(biao)😘使用📱的儀表(biao)爲日本橫河(he)生産的最新(xin)款AXF040G漿液型電(dian)磁流量計。實(shí)驗采用口徑(jing)爲DN40的電磁流(liú)量計傳感器(qì),被測流體分(fen)别爲清水以(yǐ)及｜ 石英砂、水(shuǐ)質量比爲1/128.2/128..4/128的(de)砂漿,其中石(shi)英砂粒度🔱爲(wèi)20~120目。

　　本實驗設(shè)定流體流速(su)分别爲1m/s、1.5m/s、2m/s.2.5m/s和3m/s。勵(lì)磁頻率爲12.5Hz方(fang)波勵磁,設定(dìng)示波器的采(cai)樣頻率爲
2500Hz,采(cai)樣時間爲40s,采(cǎi)樣的數據長(zhang)度爲100000點。3.3Walsh變換(huan)諧波分析方(fāng)法的☔可行性(xìng)驗證把實驗(yan)采集到的每(měi)組數據進行(hang)
分段--共分爲(wèi)40段數據,對長(zhǎng)度爲N的每段(duàn)數據進行Walsh變(bian)換得到長度(du)爲N的Walsh數組。對(dui)Walsh數據進行計(ji)算得到Walsh頻譜(pu)
計算，設Walsh序的(de)系數是F(0),F(1),..F(N-1),則Walsh頻(pín)譜計算方式(shì)爲:

　　根據Walsh變換(huàn)頻譜分析尋(xun)找突出并且(qiě)能代表流量(liàng)變化的幅值(zhi)。最終本實驗(yan)選擇采用12.5Hz頻(pín)率點下的幅(fu)值數據進行(hang)實驗
提取每(měi)組Walsh變換頻譜(pǔ)圖中的12.5Hz頻率(lü)點的幅值構(gòu)成一🙇‍♀️個長度(du)爲40的數組x;(i=0,1...39),對(duì)數組進行窗(chuang)口長度爲w=8的(de)
滑動中值濾(lü)波。如待處理(lǐ)的數據爲Xo~X7,首(shou)先對該段數(shu)據進‼️行排序(xù)㊙️，之後取間第(di)3到第5點之間(jian)值的平均值(zhí)作爲🍓該點🌏的(de)值💋。最
後對處(chù)理過後的數(shu)組求均值得(dé)到一組數據(ju)的諧☂️波🐅幅值(zhi)點😘y,用流速和(hé)幅值點y進行(háng)線性拟合結(jie)果如🏃🏻‍♂️圖5所❗示(shi)

　　通過對流量(liang)信号進行Walsh變(biàn)換提取諧波(bō)幅值,并對提(ti)🤩取到的數據(jù)💰進行線性拟(nǐ)合,如圖5所示(shi)可以看出基(jī)于Walsh變換諧波(bō)幅
值拟合滿(mǎn)足與流速的(de)線性關系。除(chú)去測量誤差(cha)等幹擾🐪因素(su),Walsh變換的諧波(bō)幅值可以很(hen)好地符合流(liu)速的變換,驗(yan)證了運用Walsh
變(biàn)換諧波分析(xi)的可行性。
4實(shi)驗驗證基于(yú)Walsh變換的諧波(bo)分析的計算(suan)波動率效🌈果(guo)
　　本實驗采用(yòng)本文上述的(de)實驗裝置在(zai)介質爲清水(shuǐ)、1/128漿液、2/128漿😄液.4/128漿(jiang)液的條件下(xià)，在12.5Hz的頻率點(dian)Walsh變換的諧波(bo)分析方法進(jin)行驗證👄。信号(hao)處理算法具(jù)體步驟爲對(dui)流量信❤️号進(jìn)行一定點數(shu)的Walsh變換計算(suan),提取其中受(shòu)到漿液影響(xiǎng)較小能夠表(biao)征流速的頻(pin)率點幅值，對(duì)✔️提取到的幅(fu)🙇‍♀️值進行排序(xu)，取排序後的(de)幅值中間部(bu)分的一.定點(dian)數當作當前(qián)一輪🤩Walsh計算得(de)到的諧波幅(fu)值;對這一組(zǔ)諧波幅值進(jìn)行滑動中值(zhi)濾波;對得到(dao)的這組數據(jù)進行流速計(jì)算;最後對實(shí)驗❓得到的流(liú)🈲量信号進🌈行(háng)上述處理✊得(de)到諧👌波幅值(zhi)曲線,計算波(bo)動率:

從表1可(ke)以看出Walsh變換(huàn)的波動率大(da)多數都處于(yu)5%以下，隻有當(dang)流速增大由(you)于漿液固體(ti)顆粒的碰撞(zhuàng)更加的頻繁(fan)導緻波動率(lǜ)
會略微偏大(dà)。上述實驗表(biǎo)明基于Walsh變換(huan)的諧波方法(fǎ)可以一✏️定👌程(chéng)度的一直漿(jiang)液噪聲造成(chéng)的影響。
5結束(shu)語
本文将基(ji)于Walsh變換的諧(xié)波方法應用(yong)于漿液型電(dian)磁流量計的(de)‼️流量測量中(zhōng)。，首先對Walsh變換(huàn)的諧波方法(fa)的可行性進(jin)行實
驗驗證(zheng)驗證,證明了(le)該方法可以(yi)表征流量的(de)變化。通過實(shí)驗分析驗證(zhèng),基于Walsh變換的(de)諧波分析方(fāng)法可以在不(bú)提高勵🧑🏽‍🤝‍🧑🏻磁頻(pín)
率的情況下(xia)克服漿液噪(zào)聲帶來的幹(gàn)擾，保證流量(liang)信号一定程(cheng)度的波動穩(wěn)定性。此方法(fa)也爲漿液型(xing)電磁流量計(ji)在諧波分析(xi)方
法方面提(tí)供了新的思(sī)考方向和技(ji)術積累。

以上(shang)内容源于網(wǎng)絡，如有侵權(quan)聯系即删除(chú)!