摘要(yao)：針對(dui)漿液(ye)型電(dian)磁流(liu)量計(ji) 的矩(ju)形波(bo)勵磁(ci)技術(shu)，提出(chu)一種(zhong)更加(jia)符合(he)矩形(xing)波特(te)🌈點的(de)Walsh變換(huan)法。對(dui)基于(yu)Walsh變換(huan)的諧(xie)波分(fen)
析方(fang)法進(jin)行實(shi)驗驗(yan)證其(qi)可行(hang)性和(he)實際(ji)效果(guo)。實驗(yan)表明(ming)在不(bu)提升(sheng)勵磁(ci)頻率(lü)的前(qian)提下(xia)，該諧(xie)波分(fen)析方(fang)法可(ke)💋以一(yi)定程(cheng)度克(ke)😄服漿(jiang)液噪(zao)
聲引(yin)起的(de)流量(liang)信号(hao)波動(dong)。從而(er)爲漿(jiang)液型(xing)電磁(ci)流量(liang)🌏計✏️的(de)諧波(bo)分析(xi)方法(fa)提供(gong)了一(yi)種新(xin)的思(si)路和(he)理論(lun)依據(ju)。
　　電磁(ci)流量(liang)計 是(shi)20世紀(ji)50~60年代(dai)随着(zhe)電子(zi)技術(shu)的發(fa)展而(er)迅速(su)發展(zhan)起🤩來(lai)的新(xin)型流(liu)量測(ce)量儀(yi)表畢(bi)。漿液(ye)型電(dian)磁流(liu)量計(ji)是電(dian)磁
流(liu)量計(ji)性能(neng)的進(jin)一步(bu)發展(zhan),可以(yi)用來(lai)測量(liang)含有(you)砂漿(jiang)、泥💔漿(jiang)、紙漿(jiang)等大(da)小不(bu)均的(de)固體(ti)顆粒(li)的漿(jiang)液型(xing)流🙇‍♀️體(ti)。目前(qian)漿液(ye)型電(dian)磁流(liu)量計(ji)
在工(gong)業中(zhong)的應(ying)用越(yue)來越(yue)多，但(dan)是由(you)于漿(jiang)液型(xing)流體(ti)流量(liang)🔴測量(liang)中⛱️.存(cun)在的(de)漿液(ye)噪聲(sheng)問題(ti)，使得(de)漿液(ye)型電(dian)磁流(liu)量計(ji)存在(zai)測量(liang)精度(du)💯不高(gao)
、測量(liang)不穩(wen)定等(deng)問題(ti)。國内(nei)外學(xue)者主(zhu)要通(tong)過改(gai)進勵(li)磁技(ji)術🍓,提(ti)高勵(li)磁頻(pin)率或(huo)研究(jiu)漿液(ye)型流(liu)體流(liu)量信(xin)号的(de)特點(dian)，運用(yong)🎯各種(zhong)🔴信号(hao)🏃‍♂️處
理(li)技術(shu)的方(fang)法抑(yi)制漿(jiang)液噪(zao)聲。本(ben)文主(zhu)要針(zhen)對在(zai)不提(ti)高勵(li)磁頻(pin)🍉率的(de)情況(kuang)下，對(dui)流量(liang)信号(hao)進行(hang)的頻(pin)域特(te)征進(jin)行分(fen)析并(bing)計算(suan)流量(liang),由
此(ci)提出(chu)一種(zhong)新的(de)諧波(bo)分析(xi)方法(fa)進行(hang)探讨(tao)。
　　Walsh函數(shu)是由(you)J.L.Walsh提出(chu)，是一(yi)種完(wan)備的(de)正交(jiao)函數(shu)系凹(ao),該函(han)數的(de)取值(zhi)僅爲(wei)+1.-1,Walsh變換(huan)比較(jiao)容易(yi)在工(gong)業上(shang)進行(hang)實現(xian)。Walsh函數(shu)和傅(fu)裏葉(ye)函數(shu)具有(you)很高(gao)的相(xiang)似性(xing)旦,不(bu)同之(zhi)處在(zai)于Walsh函(han)數是(shi)由方(fang)波組(zu)成,傅(fu)裏葉(ye)函🍓數(shu)是由(you)三角(jiao)函數(shu)組成(cheng),将傅(fu)裏葉(ye)變換(huan)中的(de)三角(jiao)函數(shu)替換(huan)成Walsh函(han)數就(jiu)可以(yi)進🏃行(hang)Walsh變換(huan)。
　　在漿(jiang)液型(xing)電磁(ci)流量(liang)計的(de)勵磁(ci)方式(shi)中，通(tong)常都(dou)是采(cai)用🔴矩(ju)形波(bo)💘勵磁(ci)，産生(sheng)的流(liu)量信(xin)号也(ye)都呈(cheng)現矩(ju)形波(bo)的形(xing)式。這(zhe)🤟正與(yu)Walsh函
數(shu)的方(fang)波形(xing)式的(de)特點(dian)相對(dui)應。另(ling)外,Walsh變(bian)換在(zai)計算(suan)方面(mian)僅需(xu)要進(jin)💘行實(shi)數的(de)加減(jian)運算(suan)，相比(bi)于需(xu)要進(jin)行🔞複(fu)數乘(cheng)法運(yun)算的(de)傅裏(li)葉♊變(bian)換更(geng)加的(de)簡單(dan)、運算(suan)速度(du)更加(jia)的高(gao)效凹(ao),同時(shi)也更(geng)加方(fang)便工(gong)業實(shi)現。本(ben)文通(tong)過對(dui)基☔于(yu)Walsh變換(huan)的諧(xie)波分(fen)析方(fang)法進(jin)行實(shi)驗探(tan)讨🏃，爲(wei)漿液(ye)型電(dian)磁流(liu)量計(ji)諧波(bo)分析(xi)的信(xin)号處(chu)理方(fang)法🎯提(ti)供一(yi)種新(xin)的方(fang)向和(he)思路(lu)。
1漿液(ye)噪聲(sheng)介紹(shao)
　　漿液(ye)噪聲(sheng)是指(zhi),在測(ce)量漿(jiang)液型(xing)固液(ye)兩相(xiang)流時(shi),漿液(ye)内部(bu)有很(hen).大兩(liang)的團(tuan)狀物(wu)或者(zhe)砂漿(jiang)等大(da)小不(bu)均的(de)固體(ti)顆粒(li)㊙️。漿液(ye)流動(dong)⚽時,
這(zhe)些顆(ke)粒會(hui)撞擊(ji)到電(dian)磁流(liu)量計(ji)的測(ce)量電(dian)極上(shang)，使得(de)測量(liang)點擊(ji)産生(sheng)一個(ge)幹擾(rao)信号(hao),大量(liang)的幹(gan)擾信(xin)号就(jiu)會擾(rao)亂正(zheng)常的(de)測量(liang)信📐号(hao),原
本(ben).應該(gai)平滑(hua)的感(gan)應電(dian)動勢(shi)疊加(jia)漿液(ye)噪聲(sheng)，就是(shi)使🔴得(de)流量(liang)的💚測(ce)💜量出(chu)現偏(pian)差。圖(tu)1爲勵(li)磁頻(pin)率爲(wei)12.5Hz方波(bo)勵磁(ci)的砂(sha)漿流(liu)量信(xin)号㊙️
的(de)幾乎(hu)不含(han)砂漿(jiang)的清(qing)水流(liu)量信(xin)号。

　　從(cong)圖1中(zhong)可以(yi)看出(chu)砂漿(jiang)信号(hao)有着(zhe)明顯(xian)的信(xin)号跳(tiao)變，而(er)傳統(tong)的方(fang)波勵(li)磁信(xin)号計(ji)算方(fang)法是(shi)使用(yong)正負(fu)勵⭕磁(ci)相減(jian)的✂️方(fang)式再(zai)進行(hang)處理(li)
得到(dao)流速(su)信息(xi)。然而(er)，在面(mian)對有(you)着劇(ju)烈波(bo)動的(de)漿液(ye)流🔅量(liang)信号(hao)時,這(zhe)種方(fang)法無(wu)法消(xiao)除信(xin)号的(de)劇烈(lie)波動(dong),從而(er)導緻(zhi)測量(liang)的波(bo)動非(fei)常大(da)導緻(zhi)測量(liang)不準(zhun)确。所(suo)以本(ben)文從(cong)諧波(bo)分析(xi)人手(shou)，采用(yong)Walsh變換(huan)從諧(xie)波分(fen)析角(jiao)度對(dui)漿液(ye)🏃‍♂️流量(liang)信号(hao)⛹🏻‍♀️進行(hang)探讨(tao)。
2Walsh變換(huan)簡介(jie)
　　Walsh(沃爾(er)什)函(han)數是(shi)[O,1]定義(yi)在上(shang)完備(bei)、歸一(yi)化的(de)正交(jiao)系,記(ji)爲wal(n,k),具(ju)體波(bo)形如(ru)圖2所(suo)示。其(qi)中k爲(wei)自變(bian)量,n爲(wei)序率(lü),表示(shi)Walsh函數(shu)在[0,1]間(jian)變号(hao)的次(ci)數,Walsh函(han)數的(de)矩形(xing)波幅(fu)值的(de)取值(zhi)爲+1或(huo)-1。
　　Walsh函數(shu)即爲(wei)-.組矩(ju)形波(bo)族,任(ren)何以(yi)1爲周(zhou)期,且(qie)在[0,1)内(nei)可積(ji)♉的🏃‍♀️函(han)數♻️,都(dou)可以(yi)分解(jie)爲一(yi)組Walsh函(han)數的(de)加權(quan)和,即(ji)爲Walsh
級(ji)數:


3諧(xie)波分(fen)析方(fang)法
3.1諧(xie)波分(fen)析方(fang)法的(de)原理(li).
　　目前(qian)漿液(ye)型電(dian)磁流(liu)量計(ji)一般(ban)大都(dou)采用(yong)矩形(xing)波勵(li)磁方(fang)式,如(ru)方⭐波(bo)勵磁(ci)。方波(bo)勵磁(ci)所以(yi)得到(dao)的流(liu)量信(xin)号也(ye)🍉都是(shi)🔞基于(yu)方波(bo)形式(shi)🈲。
對于(yu)給定(ding)幅值(zhi)的E、均(jun)值爲(wei)a的方(fang)波信(xin)号，其(qi)傅裏(li)葉展(zhan)開公(gong)式爲(wei)
　　由于(yu)Walsh函數(shu)與傅(fu)裏葉(ye)函數(shu)具有(you)很好(hao)的相(xiang)似性(xing),所以(yi)Walsh變換(huan)的基(ji)波以(yi)及諧(xie)波幅(fu)值也(ye)和方(fang)波幅(fu)值存(cun)在着(zhe)一-定(ding)的比(bi)例關(guan)系。
　　因(yin)此,諧(xie)波幅(fu)值和(he)測量(liang)流體(ti)的流(liu)速之(zhi)間存(cun)在着(zhe)一定(ding)🐅的比(bi)例關(guan)系，選(xuan)擇頻(pin)譜中(zhong)能夠(gou)表征(zheng)流量(liang)信号(hao)且✨受(shou)到幹(gan)擾較(jiao)小的(de)諧波(bo)幅值(zhi)
，通過(guo)測量(liang)諧波(bo)幅值(zhi)的大(da)小來(lai)計算(suan)流速(su)。實驗(yan)中會(hui)通過(guo)對實(shi)際流(liu)量信(xin)号的(de)采集(ji)并處(chu)理,對(dui)諧波(bo)幅值(zhi)和流(liu)㊙️速進(jin)行線(xian)性拟(ni)💘合來(lai)确定(ding)
Walsh變換(huan)諧波(bo)幅值(zhi)和流(liu)速之(zhi)間存(cun)在的(de)線性(xing)關系(xi)。
3.2實驗(yan)平台(tai)介紹(shao)
　　本文(wen)采用(yong)如圖(tu)3所示(shi)實驗(yan)裝置(zhi)來驗(yan)證Walsh諧(xie)波分(fen)析方(fang)法🍉的(de)❗可行(hang)性。實(shi)驗裝(zhuang)置上(shang)用于(yu)設定(ding)流量(liang)和流(liu)速的(de)可作(zuo)爲對(dui)照表(biao)🈲使用(yong)的儀(yi)☔表爲(wei)日本(ben)橫河(he)生産(chan)的最(zui)新款(kuan)AXF040G漿液(ye)型電(dian)‼️磁流(liu)量計(ji)。實驗(yan)🈲采用(yong)口徑(jing)爲DN40的(de)電磁(ci)流量(liang)計傳(chuan)感器(qi),被測(ce)流體(ti)分别(bie)👈爲清(qing)水以(yi)及｜ 石(shi)英砂(sha)、水質(zhi)量比(bi)爲1/128.2/128..4/128的(de)砂漿(jiang),其中(zhong)石英(ying)砂粒(li)度爲(wei)20~120目。

　　本(ben)實驗(yan)設定(ding)流體(ti)流速(su)分别(bie)爲1m/s、1.5m/s、2m/s.2.5m/s和(he)3m/s。勵磁(ci)頻率(lü)爲12.5Hz方(fang)波勵(li)磁,設(she)定示(shi)波器(qi)的采(cai)樣頻(pin)率爲(wei)
2500Hz,采樣(yang)時間(jian)爲40s,采(cai)樣的(de)數據(ju)長度(du)爲100000點(dian)。3.3Walsh變換(huan)諧波(bo)分析(xi)方法(fa)的可(ke)行性(xing)驗證(zheng)把實(shi)驗采(cai)集到(dao)的每(mei)組數(shu)據進(jin)✉️行
分(fen)段--共(gong)分爲(wei)40段數(shu)據,對(dui)長度(du)爲N的(de)每段(duan)數據(ju)進行(hang)Walsh變換(huan)得到(dao)🌈長📱度(du)爲N的(de)Walsh數組(zu)。對Walsh數(shu)據進(jin)行計(ji)算得(de)到Walsh頻(pin)譜
計(ji)算，設(she)Walsh序的(de)系數(shu)是F(0),F(1),..F(N-1),則(ze)Walsh頻譜(pu)計算(suan)方式(shi)爲:

　　根(gen)據Walsh變(bian)換頻(pin)譜分(fen)析尋(xun)找突(tu)出并(bing)且能(neng)代表(biao)流量(liang)變化(hua)💋的幅(fu)值。最(zui)終本(ben)實驗(yan)選擇(ze)采用(yong)12.5Hz頻率(lü)點下(xia)的幅(fu)值數(shu)據🙇🏻進(jin)行實(shi)驗
提(ti)取每(mei)組Walsh變(bian)換頻(pin)譜圖(tu)中的(de)12.5Hz頻率(lü)點的(de)幅值(zhi)構成(cheng)一個(ge)長度(du)爲🛀40的(de)😘數組(zu)x;(i=0,1...39),對數(shu)組進(jin)行窗(chuang)口長(zhang)度爲(wei)w=8的
滑(hua)動中(zhong)值濾(lü)波。如(ru)待處(chu)理的(de)數據(ju)爲Xo~X7,首(shou)先對(dui)該段(duan)數據(ju)💋進⛱️行(hang)排序(xu)，之後(hou)取間(jian)第3到(dao)第5點(dian)之間(jian)值的(de)平均(jun)值🔴作(zuo)爲該(gai)點🎯的(de)值。最(zui)
後對(dui)處理(li)過後(hou)的數(shu)組求(qiu)均值(zhi)得到(dao)一組(zu)數據(ju)的諧(xie)☔波幅(fu)值點(dian)y,用🈲流(liu)速和(he)幅值(zhi)點y進(jin)行線(xian)性拟(ni)合結(jie)果如(ru)圖5所(suo)示

　　通(tong)過對(dui)流量(liang)信号(hao)進行(hang)Walsh變換(huan)提取(qu)諧波(bo)幅值(zhi),并對(dui)提取(qu)到的(de)數據(ju)進行(hang)線性(xing)拟合(he),如圖(tu)5所示(shi)可以(yi)看出(chu)基于(yu)Walsh變換(huan)諧波(bo)幅
值(zhi)拟合(he)滿足(zu)與流(liu)速的(de)線性(xing)關系(xi)。除去(qu)測量(liang)誤差(cha)等幹(gan)擾因(yin)素,Walsh變(bian)換的(de)諧波(bo)幅值(zhi)可以(yi)很好(hao)地符(fu)合流(liu)速的(de)變換(huan),驗證(zheng)了運(yun)用Walsh
變(bian)換諧(xie)波分(fen)析的(de)可行(hang)性。
4實(shi)驗驗(yan)證基(ji)于Walsh變(bian)換的(de)諧波(bo)分析(xi)的計(ji)算波(bo)動率(lü)效果(guo)
　　本實(shi)驗采(cai)用本(ben)文上(shang)述的(de)實驗(yan)裝置(zhi)在介(jie)質爲(wei)清水(shui)、1/128漿💃液(ye)、2/128漿液(ye).4/128漿🐉液(ye)的條(tiao)件下(xia)，在12.5Hz的(de)頻率(lü)點Walsh變(bian)換的(de)諧波(bo)🤟分析(xi)方法(fa)💯進行(hang)驗證(zheng)。信号(hao)處理(li)算法(fa)具體(ti)步驟(zhou)爲對(dui)流量(liang)信号(hao)進行(hang)一定(ding)點數(shu)的Walsh變(bian)換計(ji)算,提(ti)取其(qi)中受(shou)到漿(jiang)液影(ying)響較(jiao)小能(neng)夠表(biao)征流(liu)♊速的(de)頻率(lü)點幅(fu)值，對(dui)提取(qu)到的(de)幅💋值(zhi)進行(hang)排序(xu)，取排(pai)序後(hou)的幅(fu)值中(zhong)間部(bu)分的(de)一.定(ding)點數(shu)當作(zuo)當前(qian)一輪(lun)Walsh計算(suan)得到(dao)的諧(xie)📞波幅(fu)值;對(dui)這一(yi)組諧(xie)波幅(fu)值進(jin)行滑(hua)動中(zhong)值濾(lü)波;對(dui)得到(dao)的這(zhe)組數(shu)據進(jin)行流(liu)速計(ji)算;最(zui)後對(dui)實驗(yan)得到(dao)的流(liu)🌈量信(xin)号進(jin)行上(shang)述處(chu)理得(de)到諧(xie)波幅(fu)值曲(qu)線,計(ji)算波(bo)動率(lü):

從表(biao)1可以(yi)看出(chu)Walsh變換(huan)的波(bo)動率(lü)大多(duo)數都(dou)處于(yu)5%以下(xia)，隻有(you)當🈲流(liu)速增(zeng)大由(you)于漿(jiang)液固(gu)體顆(ke)粒的(de)碰撞(zhuang)更加(jia)的頻(pin)繁導(dao)緻波(bo)✉️動率(lü)
會略(lue)微偏(pian)大。上(shang)述實(shi)驗表(biao)明基(ji)于Walsh變(bian)換的(de)諧波(bo)方法(fa)🔞可以(yi)一定(ding)程度(du)的一(yi)直漿(jiang)液噪(zao)聲造(zao)成的(de)影響(xiang)。
5結束(shu)語
本(ben)文将(jiang)基于(yu)Walsh變換(huan)的諧(xie)波方(fang)法應(ying)用于(yu)漿液(ye)型電(dian)磁流(liu)量計(ji)的流(liu)🌈量測(ce)量中(zhong)。，首先(xian)對Walsh變(bian)換的(de)諧波(bo)方法(fa)的可(ke)行性(xing)進👨‍❤️‍👨行(hang)實
驗(yan)驗證(zheng)驗證(zheng),證明(ming)了該(gai)方法(fa)可以(yi)表征(zheng)流量(liang)的變(bian)化。通(tong)過實(shi)驗分(fen)析驗(yan)證,基(ji)于Walsh變(bian)換的(de)諧波(bo)分析(xi)方法(fa)可以(yi)在㊙️不(bu)提🙇‍♀️高(gao)勵磁(ci)頻
率(lü)的情(qing)況下(xia)克服(fu)漿液(ye)噪聲(sheng)帶來(lai)的幹(gan)擾，保(bao)證流(liu)量信(xin)号一(yi)定程(cheng)🈲度的(de)波動(dong)穩定(ding)性。此(ci)方法(fa)也爲(wei)漿液(ye)型電(dian)磁流(liu)量計(ji)在諧(xie)波分(fen)析🏒方(fang)
法方(fang)面提(ti)供了(le)新的(de)思考(kao)方向(xiang)和技(ji)術積(ji)累。

以(yi)上内(nei)容源(yuan)于網(wang)絡，如(ru)有侵(qin)權聯(lian)系即(ji)删除(chu)!