振動式流量計特征信號提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請?zhí)岢鲆环N基于改進集總平均經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(MEEMD)的振動式流量計特征信 號提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 振動式流量計是供流管網(wǎng)中的計量關(guān)鍵部件，其能否準(zhǔn)確、快速計量對整個供流 管網(wǎng)有著重要的影響。在管網(wǎng)供流過程中，振動式流量計的潤街流量信號由流速產(chǎn)生的正 弦潤街信號和外界干擾引起的噪聲信號組成，當(dāng)流量較大時，信號幅值較大，信噪比較高， 由噪聲引起的影響不顯著；當(dāng)流量較小時，信號幅值小，信噪比低，流量信號的波形易發(fā)生 崎變，所W低流速、小流量測量是振動式流量計發(fā)展的瓶頸?？墒窃诠I(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中振動 式流量計需要滿足各種或大或小的在線流量監(jiān)測，所W振動式流量計一旦不能準(zhǔn)確計量， 短時間內(nèi)可引起大量的流體不被統(tǒng)計而流過，導(dǎo)致企業(yè)損失，甚至造成嚴(yán)重的工業(yè)事故。因 此，振動式流量計流量信號特征提取在工業(yè)應(yīng)用中有著重要的意義。
[0003] 目前，國內(nèi)外主要采用信號分析與處理的方法來實現(xiàn)流體振動式流量計的流量監(jiān) 測和統(tǒng)計。當(dāng)管網(wǎng)中的流體通過流體振動式流量計的旋潤發(fā)生體時，會因卡口潤街原理而 在旋潤發(fā)生體的兩側(cè)產(chǎn)生兩列成對的、旋轉(zhuǎn)方向相反的、交替排列的反對稱潤旋，伴隨旋潤 的產(chǎn)生與脫落，在旋潤發(fā)生體的周圍和下游的流體將產(chǎn)生有規(guī)律的振動。在正常供流過程 中，該種由卡口潤街原理而引起的振動是周期性的，由于振動而產(chǎn)生的振動信號也會產(chǎn)生 周期性的脈沖，該脈沖的頻率就是流體振動信號的頻率，并且此頻率正比于流體通過旋潤 發(fā)生體時的平均流速。因此，采集振動式流量計的振動信號，并通過適當(dāng)?shù)姆椒▉硖崛⌒盘?特征，可W間接地保證振動式流量計準(zhǔn)確、快速計量。
[0004] 目前，振動式流量計常用的信號特征提取方法有小波分析法、FFT的經(jīng)典譜分析 法、、基于DSP的信號處理法、周期圖譜分析和基于Burg的現(xiàn)代譜分析法等。小波分析法是 一種時頻分析法，它可W對信號進行全局分析和局部分析，但該取決于小波基的選擇，小波 基不同，則信號分析的分辨率就不同，并且選擇不同的小波基對應(yīng)著不同的運算復(fù)雜度，所 W小波分析對信號的分析具有局限性。FFT的經(jīng)典譜分析法對潤街流量信號進行采集時采 用了單一的采樣頻率，缺少對高低頻率同時適應(yīng)的能力，并且降低下限的作用不明顯?；?DSP的信號處理法雖然具有較高的精度而且實時性較好，但功耗較大，不適合野外流量實 時采集，需向集成化、低功耗化方向發(fā)展。周期圖譜分析和基于Burg的現(xiàn)代譜分析法雖然 具有較好的仿真效果，但實際應(yīng)用時計算精度不夠、處理速度較慢，也有待向微型化方向發(fā) 展。
[0005] 綜上所述，振動信號分析是流體振動式流量計流量監(jiān)測和統(tǒng)計的有效方法。因此， 需要研究一種克服W上問題的自適應(yīng)信號分析方法。本申請?zhí)岢隽艘环N基于MEEMD的振動 式流量計流量信號特征提取方法，能夠有效地對振動信號進行分析，并快速的提取信號特 征，在解決了低流速、小流量特征信號不便提取的同時，還提高了特征信號采集的實時性和 準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本申請?zhí)岢隽艘环N基于改進集總平均經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的振動式流量計流量信號特 征提取方法，包括傳感器布置、信號采集、信號分析和處理、信號特征提取四個模塊。通過波 形匹配的自適應(yīng)端點延拓法對采集到的振動式流量計流量振動信號進行端點延拓處理，用 H次B樣條法對采集的振動信號進行包絡(luò)線擬合，然后進行MEEMD分解得到若干IMF分量， 對IMF分量和原信號進行相關(guān)分析，選擇有用的IMF分量，最后對IMF分量進行HHT變換，得 到流量信號的化化ert時頻譜和邊際譜，即得到振動式流量計流量振動信號的信號特征。
[0007] MEEMD分解可將流量振動信號分解為一系列具有物理意義的單頻率本征模分量 IMF之和，IMF分量是在原信號中加入一對幅值和標(biāo)準(zhǔn)差相等、方向相反的白噪聲，經(jīng)EEMD 分解后再經(jīng)過多次EMD分解得到的。MEEMD分解不僅解決了 EMD分解中存在的模態(tài)混淆 問題，還克服了 ffiMD分解與CEEMD分解中存在的計算量大、模態(tài)分裂、白噪聲殘余等問題。 MEEMD中也存在著端點效應(yīng)、虛假分量等問題，分別采用波形匹配的自適應(yīng)端點延拓法、互 相關(guān)分析篩選法進行處理。
[0008] 流體振動式流量計流量信號特征提取方法的具體步驟如下： (1) 合理的布置傳感器，當(dāng)管網(wǎng)正常供流時，采集潤流發(fā)生體周圍的振動信號，如說明 書附圖2所示； (2) 采用波形匹配的自適應(yīng)端點延拓法對信號兩端進行延拓，信號的延拓包括左延拓 和右延拓，W下僅W左延拓為例，設(shè)原始信號為S記； 1) 確定微立端點處的極大值點和極小值點，分別記為1?。、片，記從左端點到K的距離為 L將該段波形記為巧。； 2) 設(shè)耗為原始信號臘的極大值的集合，郎作為參考點，計算相同長度上波形馬與 V,'。的匹配度巧巧。，W:，也； 3) 設(shè)化典，f，:. PL:)=mLr.濟片町，；PJ，i=L,2,…若心 ￥::，取:，？;:）<c'.L，a 為一常數(shù)， 則取Vt.處長度為L且包含極大值與極小值的一段子波，作為原始信號S記的左延拓，延拓完 畢，否則轉(zhuǎn)4); 4) 在原始信號端點處直接指定極大值點，即取最靠近左端點的兩個極大值點的平均 值作為極大值點，取最靠近左端點的兩個極小值點的平均值作為極小值點； 右端點處的延拓與左端點的延拓類似； (3) 在MEEMD分解之前，采用H次B樣條插值法擬合包絡(luò)線，具體步驟如下： 1) 構(gòu)造H次B樣條曲線的方程為：
【主權(quán)項】
1. 一種基于改進集總平均經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的振動式流量計特征信號提取方法，其特征在 于通過波形匹配的自適應(yīng)端點延拓法對采集到的振動式流量計流量振動信號進行端點延 拓處理，用三次B樣條法對采集的振動信號進行包絡(luò)線擬合，然后進行MEEMD分解得到若干 IMF分量，對IMF分量和原信號進行相關(guān)分析，選擇真實的IMF分量，最后對IMF分量進行 HHT變換，得到流量信號的Hilbert時頻譜和邊際譜，即得到振動式流量計流量振動信號的 信號特征。
2. 如權(quán)利要求1所述的振動式流量計特征信號提取方法，其特征在于將傳感器采集到 的流量振動信號進行端點延拓，采用波形匹配的自適應(yīng)端點延拓法對兩個端點處的波形進 行處理，實現(xiàn)信號端點為極值點。
3. 如權(quán)利要求1所述的振動式流量計特征信號提取方法，其特征在于MEEMD分解時采 用三次B樣條包絡(luò)線擬合法對極值和局部均值進行平滑估計，減小擬合誤差。
4. 如權(quán)利要求1所述的振動式流量計特征信號提取方法，其特征在于采用互相關(guān)分析 篩選法對MEEMD分解得到的MF分量和原信號進行處理，剔除虛假信號分量，得到有用的特 征信號。
【專利摘要】本申請?zhí)岢鲆环N基于改進集總平均經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的振動式流量計流量特征信號提取方法。通過波形匹配的自適應(yīng)端點延拓法對采集到的振動式流量計流量振動信號進行端點延拓處理，用三次B樣條法對采集的振動信號進行包絡(luò)線擬合，然后進行MEEMD分解得到若干IMF分量，對IMF分量和原信號進行相關(guān)分析，選擇有用的IMF分量，最后對IMF分量進行HHT變換，得到流量信號的Hilbert時頻譜和邊際譜，即得到振動式流量計流量振動信號的信號特征。本方法適用于工業(yè)領(lǐng)域管網(wǎng)流體流量的準(zhǔn)確、快速計量。
【IPC分類】G01F1-32
【公開號】CN104568024
【申請?zhí)枴緾N201510029686
【發(fā)明人】許同樂, 王營博, 陳康, 馬金英
【申請人】山東理工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月21日