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摘要：渦街流量計抗管道振動性能，將數(shù)字陷波技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)應(yīng)力式渦街流量計，并進行了0.5g以下振動加速度試驗，結(jié)果表明該方法在0.2g及以下振動加速度情況下可有效改善渦街流量計抗管道振動性能。
0引言
　　渦街流量計因其介質(zhì)適應(yīng)性強、無可動部件、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特點而被廣泛使用。而渦街流量計是利用流體經(jīng)過旋渦發(fā)生體后產(chǎn)生的振動進行流量測量的，在管道振動的情況下，渦街流量計無法正常使用［1-5］。
　　以國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)力式渦街流量計為基礎(chǔ)，將數(shù)字陷波技術(shù)應(yīng)用于其數(shù)字信號處理單元，并在氣體流量管道振動試驗裝置上，在相同流速范圍內(nèi)相同振動頻率不同振動加速度的管道振動，渦街流量計在管道振動條件下的抗振性能。
1數(shù)字陷波
　　在振動信號分析處理中，數(shù)字濾波是通過數(shù)學(xué)運算從所采集的離散信號中選取人們所感興趣的一部分信號的處理方法。
　　數(shù)字陷波是數(shù)字濾波的一種，通過數(shù)學(xué)運算從所采集的離散信號中濾除非期望信號的處理方法，也稱為梳狀濾波。它的主要作用有濾除測試信號中的噪聲或虛假成分、提高信噪比、抑制干擾信號、分離頻率分量等。用軟件實現(xiàn)數(shù)字陷波的優(yōu)點是系統(tǒng)函數(shù)具有可變性，僅依賴于算法結(jié)構(gòu)，并易于獲得較理想的濾波性能。陷波器設(shè)計的目的是濾去一定范圍的頻率干擾，但在濾波過程中要求基本不改變其他頻率成分，因此，要求陷波濾波器的頻率響應(yīng)如式（1）所示。

　　一個理想的點阻陷波濾波器的頻率響應(yīng)要在消除的信號頻率點處，其值等于零；而在其他頻率處，其值不為零，且要等于1，其頻率響應(yīng)特性如圖1所示。

　　數(shù)字濾波的頻域方法是利用ＦＦＴ快速算法對輸入信號采樣數(shù)據(jù)進行離散傅里葉變換，分析其頻譜，根據(jù)濾波要求，將需要濾除的頻率部分直接設(shè)置成零或加漸變過渡頻帶后再設(shè)置成零的方法［６］。將陷波器的設(shè)計思想與數(shù)字濾波的頻域方法相結(jié)合，即本文采用的數(shù)字陷波的頻域方法。
2試驗裝置
　　氣體流量管道振動試驗裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。為得到壓力較穩(wěn)定的氣流，空氣壓縮機將大氣中的空氣壓縮，注入至穩(wěn)壓儲氣罐，高溫壓縮空氣經(jīng)過冷干機冷卻除濕后，得到的純凈氣體先后流經(jīng)氣路總閥、氣動調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計（標準表）、渦街流量計（被校表）后，最終通向大氣。選擇了具有頻率調(diào)節(jié)（1~400Hｚ）、簡易調(diào)整加速度（＜20ｇ）/振幅、輸出正弦類波形等功能的振動臺，將氣體管道固定在振動臺上，從而實現(xiàn)設(shè)定頻率下不同振動加速度的管道振動［4］。

　　采用標準表法標定被測渦街流量計的儀表系數(shù)，即由渦輪流量計測得的流量值、渦輪流量計表前壓力變送器測得的壓力值及渦街流量計表前壓力變送器測得的壓力值便可換算得到流經(jīng)被測渦街流量計的體積流量（管路中氣體溫度變化很小，忽略不計）。標準表渦輪流量計的最大允許誤差為±1％，內(nèi)徑為50mm，流量范圍為5~100m3/h；兩個壓力變送器的最大允許誤差均為±2％。
3管道振動試驗及數(shù)據(jù)分析
　　分別在5，7.5，11，15.5，20.5m/s五個流速，施加豎直方向振動，在振動頻率40Hｚ，振動的加速度分別為0.05g，0.1g，0.2g，0.5g的條件下對普通應(yīng)力式模擬渦街流量計和應(yīng)用數(shù)字陷波技術(shù)的渦街流量計在圖2所示的氣體管道振動試驗裝置上進行管道振動試驗。
　　普通應(yīng)力式模擬渦街流量計試驗數(shù)據(jù)如表1所示，相對誤差曲線如圖3所示。應(yīng)用數(shù)字陷波技術(shù)的渦街流量計試驗數(shù)據(jù)如表2所示，相對誤差曲線如圖4所示。
表1模擬渦街流量計抗管道振動試驗結(jié)果


表2應(yīng)用數(shù)學(xué)陷波技術(shù)的渦街流量計抗管道振動試驗結(jié)果



　　由試驗數(shù)據(jù)及相對誤差曲線可以看出，普通模擬渦街流量計抗管道振動的性能很差，不考慮其下限流速，振動頻率為40Hｚ時只能在0.05g管道振動加速度的情況下正常工作。

　　數(shù)字陷波技術(shù)的渦街流量計與普通的模擬渦街流量計相比，抗振性能大大提高（最低流速點0.5g振動加速度情況除外）。圖中，在流速為5m/s時，數(shù)字渦街流量計在40Hｚ、0.5g振動加速度的情況下，相對誤差達到38.57％。由表2數(shù)據(jù)可以看出，出現(xiàn)該問題的原因并非由40Hｚ的振動信號造成，而是由振動信號的三倍頻信號造成的。出現(xiàn)倍頻信號的原因可以歸結(jié)為兩個方面：1）施振裝置本身產(chǎn)生的振動信號并不是純凈的，其中夾雜著設(shè)定頻率振動信號的倍頻信號；2）管道的安裝、連接過程中，螺絲的松動、不平衡、不對中等都會使系統(tǒng)產(chǎn)生倍頻現(xiàn)象［7］。
　　除了最低流速點處于0.5g振動加速度的情況之外，數(shù)字陷波技術(shù)的渦街流量計達到了抗0.5g振動加速度的抗振水平。
4小結(jié)
　　將數(shù)字陷波技術(shù)應(yīng)用于被廣泛使用的應(yīng)力式模擬渦街流量計，對其進行管道振動條件下的測量，與普通的模擬渦街流量計相比，抗振性能大大提高。由試驗數(shù)據(jù)可以看出，在應(yīng)用數(shù)字陷波技術(shù)時，不僅需要考慮濾除振動信號，還應(yīng)考慮濾除振動信號的倍頻信號，才能更大范圍地拓展渦街流量計的應(yīng)用領(lǐng)域。

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