摘(zhāi)要: 渦街(jie)流量計(jì) 具有儀(yí)表系數(shu)與介質(zhì)無關的(de)特性,可(kě)以使用(yong)常溫水(shuǐ)介質下(xià)的标定(dìng)公式,正(zhèng)确測量(liang)氫/氧火(huǒ)箭發動(dòng)機試驗(yan)中的流(liu)量參數(shù)❓。研究了(le)低溫渦(wō)街流量(liang)計 的關(guān)鍵技術(shù)，包括:低(di)溫壓電(diàn)陶瓷材(cái)料特性(xìng)、低溫渦(wo)❗街信号(hào)♌檢測、低(di)溫渦街(jie)信号調(diao)理技術(shu)以及低(dī)溫渦街(jiē)信号的(de)DSP技術。最(zui)後📱推出(chu)低溫渦(wō)街流量(liang)計樣機(jī),對樣機(ji)進行了(le)常溫水(shui)介質的(de)标定，綜(zong)合❗精度(du)達到0.5級(ji)。在某型(xing)号氫/氧(yang)火箭發(fa)動機試(shi)👄驗系統(tǒng)上✌️,以分(fen)節式🏃🏻液(yè)面計爲(wei)标🐉準，對(duì)低溫渦(wo)街流量(liàng)計樣機(jī)進行了(le)液氮介(jiè)質的比(bǐ)對試驗(yan),其偏差(cha)爲0.65%,精度(dù)優于 渦(wō)輪流量(liàng)計 。
引言(yán)
　　 在目前(qián)的氫/氧(yang)火箭發(fā)動機和(he)液氧/煤(méi)油火箭(jian)發動⁉️機(jī)試驗系(xì)統中,低(dī)溫推進(jìn)劑的流(liu)量測量(liang)主要采(cǎi)用渦輪(lun)流量計(ji)測量瞬(shùn)時流量(liang),用分節(jiē)式電容(róng)液面計(jì)測量穩(wen)态流量(liang)。然而，渦(wo)🛀輪流量(liang)計用水(shui)進行标(biao)定在液(ye)氫、液氧(yang)下使用(yong)時誤差(cha)較大,分(fen)節式電(diàn)容液面(miàn)計♍無法(fa)測量瞬(shùn)時流量(liang)且成本(ben)昂貴。因(yīn)此,随着(zhe)航天技(jì)術的發(fā)展,特别(bié)是大推(tuī)力氫氧(yang)(液氧/煤(mei)油)火箭(jiàn)發動機(ji)的發展(zhǎn)💰,必.須尋(xún)找一種(zhǒng)🐇儀表系(xi)數♌與介(jie)質無關(guan)、成本低(dī)、精度高(gāo)的瞬時(shi)💘低溫流(liu)量測量(liàng)裝👄置,而(ér)渦街流(liu)量計正(zhèng)是理想(xiang)的選擇(zé)。
　　根據渦(wo)街流量(liàng)計的工(gong)作原理(li),在一定(dìng)雷諾數(shù)範圍内(nèi),其輸🏃🏻出(chu)的頻率(lǜ)信号不(bú)受比如(ru)流體組(zu)分,密度(dù)、壓力、溫(wēn)度的影(ying)響‼️”，即儀(yi)其表系(xi)數隻與(yǔ)漩渦發(fa)生體及(jí)管道的(de)幾何尺(chǐ)寸有關(guān)💃🏻。因此,隻(zhī)需在一(yī)♊種典型(xíng)介質㊙️中(zhong)标定即(jí)可适用(yòng)于各種(zhǒng)介質🔱,即(jí)當用于(yu)低溫測(ce)量時,不(bu)進行低(dī)溫介質(zhì)标定而(er)用常溫(wen)水❌标定(ding)即可達(dá)到一-定(dìng)的精度(dù)👨‍❤️‍👨。
　　目前,常(chang)溫下的(de)渦街流(liú)量計技(ji)術已相(xiang)當成熟(shu),形成了(le)系列産(chǎn)品,用于(yú)各種工(gong)業領域(yu)。國内外(wài)都有相(xiàng)當🛀數量(liàng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的公司(si)生産此(cǐ)類産品(pin)。但用于(yu)低溫特(tè)别是超(chao)低溫流(liú)體測量(liang)的渦街(jiē)流量計(jì)國内尚(shang)無産品(pin)和文獻(xiàn)報導,國(guo)外已開(kai)展研究(jiu)并有少(shao)量文獻(xian)報導,還(hai)沒有成(cheng)熟的産(chan)品推向(xiang)市場。
　　通(tōng)過理論(lun)分析和(hé)試驗研(yán)究表明(ming),超低溫(wēn)下渦街(jiē)流💛量計(jì)的難點(diǎn)在于信(xìn)号檢測(cè)器靈敏(min)度低,信(xìn)噪弱。通(tōng)過對🔴壓(ya)電材料(liào)低溫特(te)性、檢測(cè)器結構(gòu)優化、弱(ruo)信号提(ti)取等技(jì)術的✔️研(yan)究，用于(yú)超低溫(wen)流體測(cè)量的精(jing)度📐高渦(wo)街流🏃🏻量(liàng)測量裝(zhuāng)置樣機(jī),爲運載(zǎi)火箭發(fa)動機地(dì)🐆面試驗(yàn)低溫流(liu)量測量(liang)提㊙️供性(xing)能好、可(kě)靠性高(gāo)、而又價(jia)格便宜(yí)的測量(liàng)手段。
2渦(wō)街流量(liang)計的結(jié)構和工(gōng)作原理(li)
　　一般的(de)渦街流(liu)量計由(yóu)流量計(ji)殼體、漩(xuán)渦發生(sheng)體、信号(hào)檢測器(qi)、信🈲号變(bian)換器和(hé)二次儀(yi)表組成(cheng),如圖1所(suo)示。
 
　　漩渦(wo)發生體(ti)用于産(chǎn)生穩定(dìng)的漩渦(wō),一般采(cai)用三角(jiao)柱體,因(yīn)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼爲三🌈角(jiao)柱漩渦(wo)發生體(tǐ)是一種(zhǒng)綜合性(xing)能比🈲較(jiào)優良的(de)旋渦發(fa)生✏️體,均(jun)勻而嚴(yán)密的分(fèn)離機制(zhi),減小了(le)流.體的(de)其他擾(rǎo)動和噪(zao)聲,使渦(wō)街🛀🏻信号(hào)既強烈(lie)又穩定(dìng),便于檢(jiǎn)測,合理(li)設計尺(chǐ)寸可以(yi)得到高(gao)穩定性(xing)的渦街(jie)和量程(chéng)比。正是(shì)這個原(yuan)因,三角(jiao)柱漩渦(wo)發生體(tǐ)是目前(qian)✔️應用最(zuì)廣泛的(de)漩渦發(fa)生體形(xíng)狀。信号(hao)檢測器(qi)放💯在漩(xuán)渦發生(sheng)體後檢(jiǎn)測漩渦(wō)發生體(ti)尾流中(zhōng)🏃🏻‍♂️的漩渦(wō)頻率。
　　渦(wō)街流量(liang)計流量(liang)信号檢(jiǎn)測流程(chéng)是:流量(liang)-→漩渦頻(pin)率→檢測(cè)杆交🌐變(bian)升力-+壓(yā)電陶瓷(ci)應力→交(jiāo)變電荷(hé)→電荷放(fang)大器→濾(lü)波整形(xing)→TTL方波→測(ce)頻⛱️→顯示(shi)輸出流(liu)量。
3壓電(dian)陶瓷的(de)材料研(yan)究
　　壓電(diàn)陶瓷作(zuo)爲渦街(jie)流量計(jì)的關鍵(jian)敏感元(yuán)件,其低(di)溫特性(xìng)直接影(ying)響到流(liú)量計的(de)性能，因(yīn)此必須(xū)研究和(he)選擇低(di)溫下工(gong)作穩定(ding)、靈敏度(dù)高的材(cai)料。
　　随着(zhe)溫度的(de)降低,壓(ya)電材料(liào)的性能(neng)特性會(hui)發生一(yī)定的變(bian)化,并且(qie)由于制(zhì)造方法(fǎ)和化學(xué)成分的(de)不同,不(bu)同材料(liào)性能❄️随(suí)溫度的(de)改變也(ye)是不同(tong)的。根據(ju)國外資(zī)料👉,對PZT-4、PZT-5.和(hé)PZT-8這幾種(zhong)材料的(de)低溫性(xìng)能參數(shu)進行分(fen)✔️析,初步(bu)确定它(ta)們在✏️低(dī)溫下能(néng)⭐夠使用(yong),但實際(ji)情況下(xia)信号的(de)強度和(he)測量的(de)靈敏度(dù)還需通(tōng)過具體(ti)的試驗(yan)來确定(dìng)。
　　壓電陶(táo)瓷國内(nei)沒有低(dī)溫産品(pin),而且相(xiang)關科研(yán)機構也(yě)沒有進(jìn)行過相(xiang)關研究(jiu),國外有(yǒu)低溫産(chǎn)品和相(xiang)關實驗(yan)資料,但(dàn)價格昂(ang)貴,一般(bān)購買不(bu)到。與中(zhōng)科院矽(xī)酸鹽研(yán)究所合(hé)作,專門(mén)配制了(le)㊙️4種材料(liao)的壓電(diàn)陶瓷,分(fen)别是:
 
　　以(yǐ)上4種壓(ya)電陶瓷(cí)經過幾(jǐ)十次的(de)“常溫→液(yè)氮→常溫(wen)"的🍉反複(fú)升降溫(wen)試驗後(hòu)發現壓(yā)電陶瓷(ci)的機械(xiè)強度沒(mei)有太大(da)的變化(hua),PZN的電🏃‍♀️容(róng)值變化(huà)較大(6:1),NB8的(de)電容值(zhí)變化♈較(jiào)大(3:1),其它(ta)2種電🐪容(rong)變化較(jiào)小(2:1)。說🌂明(ming)以上壓(yā)電陶瓷(ci)均可在(zài)低溫下(xia)使用,機(ji)械強度(du)和絕緣(yuan)性能💰沒(mei)有明顯(xian)變化,但(dàn)通過表(biǎo)面電容(rong)的比較(jiao)認爲LBNN和(he)PMS-5兩種較(jiào)好比較(jiào)穩定。
4低(dī)溫渦街(jiē)信号檢(jian)測技術(shù)研究
4.1低(dī)溫信号(hào)檢測器(qì)的傳熱(re)學設計(ji)[4)
　　低溫信(xìn)号檢測(cè)器設計(jì)時,一方(fang)面需要(yào)考慮其(qi)對低溫(wen)介質的(de)引人熱(rè)量,不能(neng)引起低(dī)溫介質(zhì)的顯著(zhe)氣🏃‍♂️化,從(cong)而影🔆響(xiǎng)漩渦的(de)穩定性(xìng)和低溫(wēn)推進劑(ji)的品質(zhi),造成無(wú)法測量(liàng)或無法(fa)試驗;另(lìng)一方面(mian)✏️應盡量(liàng)使壓電(dian)陶瓷處(chu)☔的溫度(dù)不要太(tai)低,從而(er)降低對(duì)💜壓電陶(táo)瓷性能(neng)的要求(qiú)和提高(gao)壓電陶(tao)瓷的使(shǐ)用🔴壽命(mìng)。
　　在設計(ji)時通過(guò)絕熱套(tao)筒減少(shǎo)熱量引(yǐn)人,通過(guò)加長㊙️杆(gǎn)使壓電(dian)♉陶瓷處(chu)溫度達(dá)到較爲(wèi)理想。通(tōng)過傳熱(rè)計🌏算進(jìn)行了參(cān)數優化(hua)。傳熱計(jì)算程序(xù)用MicrosoftVisualC++6.0編寫(xie),用于估(gū)算檢測(ce)杆溫度(du)分布。
　　基(ji)本方程(chéng)采用二(èr)維穩态(tài)熱傳導(dao)方程:
 
　　數(shu)值計算(suan)中采用(yòng)控制容(rong)積離散(san)化方程(cheng),即認爲(wei)在一💛個(gè)小的控(kòng)制容積(jī)中,進出(chu)的淨熱(re)流量爲(wei)零。
　　該問(wen)題屬于(yu)第三類(lèi)邊界條(tiáo)件,即給(gěi)定周圍(wei)流體的(de)🌈溫度和(hé)換熱系(xì)數。以流(liu)體和檢(jiǎn)測杆接(jiē)觸面爲(wèi)例，如圖(tu)2,圖中:P、S、E、N爲(wei)💁網格點(diǎn);T爲流體(ti)溫度,K。
 
　　控(kòng)制體的(de)方向符(fú)合常規(gui)X軸、Y軸和(hé)Z軸定義(yì)。
　　式中:k爲(wei)控制容(rong)積間界(jie)面上的(de)當量導(dǎo)熱系數(shù),W/(m.K);△y爲一個(ge)單元控(kong)制體Y方(fang)向的長(zhǎng)度，mm;△x爲一(yi)個單元(yuan)控制體(tǐ)X方向的(de)長度,mm;1爲(wei)Z方向的(de)長度,mm。
　　qn、、qs則(zé)有差别(bie),因爲其(qi)控制容(rong)積側面(mian)積變爲(wei)内點的(de)一半,即(ji):
 
　　式(6)就是(shì)檢測杆(gǎn)溫度分(fèn)布計算(suan)中第三(sān)類邊界(jie)條件在(zài)流體與(yu)😘杆端面(miàn)接觸處(chù)的具體(ti)應用。
　　程(chéng)序中的(de)數值計(ji)算方法(fǎ)主要采(cǎi)用了ADI方(fang)法。ADI方法(fa)就是分(fen)别沿軸(zhou)向和徑(jìng)向這兩(liang)個方向(xiàng)對整個(ge)溫度場(chang)做--次📞TDMA求(qiu)解。TDMA即三(san)對角矩(ju)陣算法(fa),在溫度(dù)場計算(suàn)中用它(tā)來求解(jiě)一維離(lí)散化方(fang)程。以上(shàng)方法均(jun1)是數值(zhí)傳熱學(xué)中常用(yòng)的方法(fǎ),在此不(bu)再詳細(xì)說明。
　　設(shè)計了6個(gè)檢測器(qì)的結構(gòu)方案,對(dui)其進行(háng)傳熱學(xue)計算,結(jié)果見表(biao)💁2。
 
　　從計算(suan)結果看(kan),方案1.2.5可(ke)以爲壓(yā)電陶瓷(cí)提供較(jiao)好的工(gōng)作溫度(dù)。
　　此外,在(zai)不采用(yong)絕熱措(cuo)施的情(qing)況下估(gu)算的由(yóu)檢測杆(gǎn)進入流(liú)㊙️體中的(de)熱流量(liàng)小于100W,而(er)液氫的(de)燕發潛(qian)熱約爲(wei)453.6J/g,顯然,由(yóu)檢♊測杆(gǎn)進人流(liu)體中的(de)熱量相(xiàng)對于液(ye)氫的蒸(zheng)發潛熱(re)非常小(xiǎo)，故這部(bù)分熱量(liang)不會造(zào)成液氫(qing)的大量(liang)氣化,因(yin)此不需(xū)要采用(yong)抽真空(kong)絕熱,可(ke)以考慮(lǜ)設計絕(jué)熱套簡(jiǎn),以便😄更(geng)有效的(de)阻止熱(re)量的流(liu)人。
4.2低溫(wen)信号檢(jiǎn)測器的(de)動力學(xué)設計
4.2.1漩(xuán)渦發生(sheng)體産生(shēng)的漩渦(wō)升力估(gū)算
　　據流(liú)體力學(xue)知識:環(huán)流引起(qǐ)的流體(tǐ)對柱體(ti)的升力(li)L可表🎯示(shi)爲:
 
　　式中(zhong)ρ爲流體(tǐ)密度,kg/m³;u爲(wei)來流的(de)速度,m/s;r爲(wèi)環量,m2/s;d爲(wei)漩渦發(fā)生體⭕迎(yíng)面🏃寬度(dù),mm;D爲表體(ti)通徑,mm;b爲(wèi)漩渦發(fa)生體縱(zòng)向尺寸(cùn),mm;CD爲阻力(li)系數,CL爲(wei)橫向升(sheng)力力系(xi)數。
　　ITOH&S.OHKI通過(guo)大量實(shí)驗,給出(chū)了3種截(jié)面形狀(zhuang)(梯形、矩(jǔ)形、三角(jiao)形)的發(fa)生體在(zai)不同Re數(shu)下的CL值(zhí),梯形(就(jiu)是習慣(guàn)上所稱(chēng)的三角(jiǎo)柱)的💘CL≈
2.3,基(ji)本爲一(yi)常量。
4.2.2信(xìn)号檢測(cè)器的受(shòu)力計算(suan)
　　本研究(jiu)的檢測(ce)杆置于(yú)漩渦發(fa)生體下(xià)遊一定(ding)距離的(de)⛷️位👄置✂️,其(qi)🤩上端與(yǔ)流動管(guǎn)道固定(ding),下端爲(wei)自由端(duan),因而在(zai)受力分(fèn)析時,可(kě)以将系(xi)統簡化(huà)爲懸臂(bi)梁。如圖(tú)3所示。
 
　　通(tong)過柱體(tǐ)的受力(lì)分析,可(kě)知柱體(ti)上受到(dao)的大多(duō)數都不(bú)💛是集中(zhōng)力而是(shì)局部分(fèn)布力，下(xià)面就以(yi)這種情(qíng)況來進(jìn)行受力(lì)分析。
　　取(qu)x1、x2爲坐标(biāo),凡使微(wēi)段沿順(shùn)時針方(fāng)向轉動(dòng)的剪力(lì)爲正,使(shǐ)微✉️段彎(wan)🚶曲成凹(ao)形的彎(wān)矩爲正(zheng),由材料(liào)力學的(de)知識可(kě)以算得(de)(如圖3b所(suo)示):
 
 
　　式中(zhong):d31爲極化(huà)方向與(yu)外力方(fāng)向垂直(zhi)的壓電(diàn)系數。
　　對(dui)6個設計(ji)方案的(de)計算結(jié)果見表(biǎo)3。
 
　　從計算(suan)結果可(ke)以看出(chu),方案2.3.5的(de)電荷輸(shū)出最大(da),結合傳(chuán)熱學計(jì)算結果(guǒ),方案2.5較(jiao)爲理想(xiang)。從結構(gòu)上看,方(fāng)案5比方(fang)案2結構(gou)簡單,易(yì)于加工(gong),因此最(zui)終确定(dìng)了檢測(ce)器的設(she)計方案(an)🈲爲方案(an)5。方案5特(tè)點爲:(1)采(cai)用加長(zhang)杆設計(ji);(2)不采用(yong)✌️抽真空(kōng)絕熱,但(dan)增加絕(jué)熱套簡(jian);(3)對加長(zhang)檢測杆(gan)結構的(de)🌈固有頻(pin)率進行(háng)估算,在(zài)500Hz以上，而(ér)渦街頻(pín)率則在(zai)40-100Hz這個範(fan)🚶圍内,判(pàn)斷不會(hui)發生共(gong)振問題(ti)💃🏻。
5低溫渦(wo)街信号(hào)調理技(jì)術研究(jiu)
　　由于壓(yā)電式信(xìn)号檢測(cè)器輸出(chu)電荷量(liang)的大小(xiǎo)與流體(tǐ)流速近(jin)似⚽成平(píng)方關系(xì)變化，因(yin)此輸出(chu)電壓信(xìn)号的幅(fú)值變化(hua)範圍也(yě)相當⚽大(dà)[5],此外,要(yào)求研制(zhì)的渦街(jie)流量計(jì)🔆既能用(yòng)于試車(che)的極低(dī)溫環境(jing),又能用(yòng)于水介(jie)質标定(ding)的常溫(wēn)環境,而(er)渦街💜流(liú)量計檢(jiǎn)測探頭(tou)在🈲極低(dī)溫下的(de)輸出信(xìn)号是常(cháng)溫下的(de)1/5以下,因(yin)此要求(qiu)🌈變送器(qì)的信🈲号(hào)調理部(bù)分要能(neng)🔞夠适應(yīng)大範圍(wéi)的信号(hao)幅值變(bian)🌈化。在火(huǒ)箭發動(dòng)機試車(che)現場存(cun)在各種(zhong)強振動(dong)的幹擾(rao),信噪比(bi)極差,因(yin)此還要(yao)求其濾(lü)波電路(lu)是銳截(jie)止的窄(zhǎi)帶濾波(bō)🔞器。目前(qián)流行的(de)渦街流(liú)量計✍️信(xin)号調理(li)電路無(wú)法滿足(zú)🍉要求。研(yán)制過程(cheng)📧中,通過(guò)各種.方(fāng)案的比(bǐ)較和多(duō)次實驗(yan)改進,最(zuì)後确定(ding)在研制(zhi)的信号(hao)調理電(diàn)路中應(yīng)用ALC自動(dong)電平控(kong)制技術(shu)和高性(xìng)能窄帶(dai)濾波技(ji)術。與YDN80-1樣(yàng)品連接(jie),在流量(liang)塔進行(háng)現場調(diao)試,比較(jiao)試驗證(zhèng)明,其性(xing)能優于(yu)國内其(qí)他型号(hao)渦街流(liu)量計。輸(shū)人信号(hao)在8m-2000mV有效(xiào)值範圍(wéi)内的情(qing)況下,該(gai)電路輸(shu)出信号(hao)基本穩(wen)♊定在6000mV上(shang)。
6低溫渦(wō)街信号(hào)的DSP(DigitalSignalProcessing)技術(shù)
6.1低溫渦(wo)街流量(liang)計噪聲(sheng)分析
　　管(guan)道内介(jie)質流動(dong)紊流、脈(mò)動、流場(chang)的不穩(wen)定及不(bú)均🐅勻性(xing)對旋渦(wo)發生體(ti)施加不(bú)規則的(de)附加作(zuò)用力。附(fù).加作用(yong)力引起(qi)的噪🤟聲(sheng)的⁉️幅度(du).頻率均(jun1)不規則(ze)，帶有很(hěn)大的随(suí)機性。其(qi)結果相(xiang)當于在(zài)渦街頻(pin)率信号(hao)中🌂疊加(jia)了一個(ge)随機噪(zào)聲。當噪(zao)聲頻率(lü)落人🐉工(gōng)作頻段(duàn)💋時,其影(ying)響難以(yi)消除。
　　有(yǒu)些動力(li)源，如水(shui)泵、風機(jī)、壓縮機(jī)等工作(zuo)時都會(hui)引起管(guan)道振♌動(dòng)。若管道(dao)安裝不(bú)當,流體(tǐ)流動時(shí)管道有(yǒu)時會自(zì)振。這些(xie)振動傳(chuan)遞到傳(chuan)感器上(shang)可造成(chéng)漩渦發(fā)生體上(shàng)産生🥰附(fu)加的慣(guàn)性應力(li),形成振(zhen)動噪聲(sheng)。這些振(zhèn)動往往(wang)持續時(shi)間長或(huo)強度大(da),對渦街(jiē)流量計(ji)✌️的影響(xiang)大。
　　壓電(diàn)晶體輸(shu)出的電(dian)荷信号(hào)很弱.容(róng)易引人(ren)電磁串(chuan)模或共(gòng)模幹擾(rǎo)。
　　除上述(shù)外界産(chǎn)生的噪(zào)聲外,渦(wō)街本身(shēn)還會産(chǎn)生低🚩頻(pin)擺動和(hé)信号衰(shuai)減,如圖(tú)5所示。
 
　　綜(zōng)上所述(shu),渦街傳(chuan)感器輸(shū)出信号(hào)可由下(xià)式表示(shì):
y(t)=S(t)+n(t)
　　其中S(t)渦(wo)街頻率(lǜ)信号,n(t)爲(wèi)随機幹(gan)擾信号(hao),由于其(qí)成分複(fú)雜👌,頻譜(pu)🤞寬廣，處(chù)理是可(kě)假定爲(wei)零均值(zhi)的高斯(si)分布。圖(tu)6是微👄機(jī)采集到(dao)的經模(mo)拟濾波(bō)電路處(chù)理後的(de)渦街傳(chuán)感器信(xìn)号。由圖(tu)⚽看出,用(yòng)普通的(de)模拟濾(lü)波和整(zheng)形電路(lu)很難提(ti)取準确(què)可靠穩(wen)定的流(liu)🔞量信号(hào)。

 
6.2DSP算法研(yan)究
　　深人(ren)分析發(fa)現渦街(jiē)傳感器(qi)輸出信(xìn)号中的(de)噪聲信(xin)号🈲n(1)爲随(suí)機幹⛱️擾(rǎo)信号,處(chu)理時高(gao)于流量(liàng)計量程(cheng)範圍的(de)頻率成(cheng)分,可以(yǐ)通過前(qián)置模拟(nǐ)低通濾(lü)波電路(lù)加以消(xiao)除,效果(guǒ)很好。但(dàn)n(t)中處于(yu)量程範(fan)圍内的(de)頻率成(chéng)分不可(kě)能⛹🏻‍♀️通過(guo)模拟濾(lü)波器或(huò)常規數(shù)字濾波(bo)器(如窄(zhai)帶濾波(bō)器)加以(yǐ)消除。
　　解(jiě)決這個(gè)問題的(de)途徑有(you)兩條:-是(shi)改進漩(xuan)渦發生(shēng)體🌈和信(xìn)号檢🤟測(cè)器,也就(jiù)是改進(jìn)傳感器(qi),使其輸(shu)出信号(hao)🚩的信噪(zao)比㊙️盡可(kě)能高;二(er)是采用(yong)數字信(xìn)号處理(li)方法,将(jiāng)渦街頻(pín)率信号(hao)從有噪(zào)聲的傳(chuan)感器🔴輸(shū)出信号(hao)中提取(qǔ)出來。
　　之(zhi)前的研(yan)究基本(běn)上集中(zhong)在第一(yī)條途徑(jing)上,取得(de)了一定(ding)效果,但(dan)這畢竟(jing)是局部(bù)的,沒有(yǒu)完全解(jiě)決問題(tí),傳感🔅器(qi)輸出信(xìn)✂️号依然(rán)不可避(bì)免地帶(dài)有大量(liang)噪聲，在(zai)有幹💋擾(rǎo)的環境(jing)下,渦街(jie)流量計(ji)仍然工(gōng)作不穩(wěn)定,因此(cǐ)必須研(yan)究第二(er)條途徑(jing),目前數(shu)字信号(hào)的處理(lǐ)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻方法歸(guī)納起來(lai)主要包(bao)括♻️:小波(bō)變換、自(zi)适應陷(xian)波濾🍉波(bo)和頻譜(pǔ)分析方(fang)法。
　　小波(bo)變換可(ke)以看成(cheng)是一.組(zǔ)帶通濾(lü)波器,在(zai)低頻段(duàn)有🤞很高(gāo)的分辨(biàn)率,而在(zai)高頻段(duàn)分辨率(lǜ)低，其實(shí)時性和(hé)功耗也(ye)都存在(zài)一定的(de)缺陷。自(zi)适應陷(xiàn)波針對(duì)不同頻(pín)率的信(xin)号建立(li)不同參(cān)數的模(mo)型,在非(fei)整周期(qī)采樣、諧(xié)波和噪(zào)聲幹擾(rǎo)情況下(xià)頻率測(ce)量都能(neng)達到🌈很(hěn)好的精(jīng)度，但是(shi)如果流(liu)🌈量信号(hao)發生㊙️突(tū)變，而采(cǎi)樣頻率(lü)沒有及(ji)時跟蹤(zōng),就會造(zao)成較大(dà)的測量(liang)誤差。譜(pu)分析方(fāng)法是近(jìn)年來的(de)研究熱(re)點之☎️一(yī),經典譜(pǔ)分析算(suan)法對屬(shǔ)于正态(tai)分🚶布的(de)噪聲有(yǒu)很好的(de)抑制作(zuo)用,而且(qiě)易于編(bian)程實現(xiàn),但🌐是在(zài)非整數(shù)周期采(cai)樣時誤(wu)㊙️差比較(jiao)大,需要(yào)更多的(de)計算和(he)操作來(lái)進行頻(pín)譜校♋正(zhèng)。而現代(dài)譜分析(xī)方法，也(ye)就是最(zui)大熵譜(pu)分析法(fǎ)更适合(he)處理短(duǎn)序列的(de)譜分析(xī)，對噪聲(sheng)的抑制(zhì)能力更(geng)強,精度(dù)也✌️更高(gao)[6]。
　　本研究(jiū)采用了(le)現代功(gōng)率譜估(gū)計中的(de)最大熵(shāng)譜估☔計(ji)法提取(qǔ)噪聲中(zhōng)的渦街(jie)頻率。對(duì)設計的(de)算法進(jin)行計算(suan)機仿🏒真(zhēn)計算,結(jié)果如圖(tu)7所示。
 
　　由(you)計算結(jie)果可以(yi)看出,當(dang)信噪比(bi)爲1:0.5時普(pu)通變送(sòng)器的輸(shū)出💋就會(hui)産生數(shu)據不穩(wěn)，當信噪(zao)比爲1:1時(shi),其輸出(chu)數據已(yi)基本不(bú)可用‼️。而(er)采用研(yán)究的DSP算(suan)法,即使(shi)在信噪(zao)比爲1:10時(shí)仍能從(cóng)頻域獲(huo)取有用(yòng)的渦街(jiē)信号,從(cóng)而☎️獲得(de)較爲準(zhun)确的流(liu)量數據(ju)。
7試驗驗(yan)證及效(xiào)果
　　推出(chu)低溫渦(wo)街流量(liang)計樣機(jī)DW-80,在流量(liang)塔對該(gāi)樣機進(jìn)💛行了常(cháng)溫水介(jie)質的标(biāo)定.綜合(he)精度達(dá)到0.5級。
采(cai)用某型(xing)号氫氧(yǎng)火箭發(fā)動機試(shi)驗系統(tǒng),以分節(jie)液面計(ji)測得的(de)🏃🏻流量爲(wei)标準,分(fen)别對低(dī)溫渦街(jiē)流量計(jì)和低溫(wēn)渦🌈輪流(liu)量計進(jin)行比對(dui)試驗，結(jié)果如下(xia):
 

　　從表中(zhong)可見渦(wo)街流量(liang)計所測(cè)流量比(bi)液面計(jì)測的⁉️流(liú)量數據(jù)平均偏(pian)大0.65%,而渦(wo)輪流量(liang)數據比(bi)液面計(jì)測🍓的流(liu)量數🏃🏻‍♂️據(ju)平均偏(pian)大1.3%。若以(yǐ)液面計(jì)爲标準(zhǔn)，則可以(yi)認爲渦(wo)街流量(liang)計的測(ce)量精度(du)優于渦(wō)輪流量(liang)計。

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