摘要：針(zhen)對漿液型電(dian)磁流量計 的(de)矩形波勵磁(ci)技術，提出一(yī)種更加符合(he)矩形波特‼️點(dian)的Walsh變換💋法💞。對(duì)基于Walsh變換的(de)諧波分
析方(fāng)法進行實驗(yan)驗證其可行(háng)性和實際效(xiao)果。實驗表明(míng)在不提升勵(li)磁頻率的前(qian)提下，該諧波(bō)分析方法可(ke)以一🏃定程度(du)克🆚服漿🏃液噪(zao)
聲引起的流(liú)量信号波動(dong)。從而爲漿液(ye)型電磁流量(liàng)🎯計的諧波分(fèn)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(diàn)子技術的發(fa)展而迅速發(fā)展起來的新(xin)🥰型🌈流🏃🏻量測量(liang)儀表畢。漿液(ye)型電磁流量(liang)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(jiāng)、泥漿、紙漿等(deng)大小不均的(de)固體顆粒的(de)漿液型流體(tǐ)。目前漿液型(xíng)電磁流量計(ji)
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(shǐ)得漿液型電(diàn)⛹🏻‍♀️磁流量計存(cún)在❌測量精度(du)不高
、測量不(bú)穩定等問題(ti)。國内外學者(zhe)主要通過改(gǎi)進勵磁📱技術(shù)㊙️,提高勵磁頻(pín)率或研究漿(jiāng)液型流體流(liu)量信♌号的特(tè)點，運用各種(zhong)信号處
理技(ji)術的方法抑(yi)制漿液噪聲(shēng)。本文主要針(zhēn)對在不提高(gāo)❤️勵磁頻🏃🏻率的(de)情況下，對流(liú)量信号進行(hang)的頻域🐉特征(zheng)進行🏃‍♀️分析并(bìng)計算流量,由(you)
此提出一種(zhong)新的諧波分(fen)析方法進行(hang)探讨。
　　Walsh函數是(shi)由J.L.Walsh提出，是一(yi)種完備的正(zheng)交函數系凹(ao),該函數♌的取(qǔ)值僅爲+1.-1,Walsh變換(huan)比較容易在(zài)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(li)葉函數是由(yóu)三角函數組(zu)成,将傅裏葉(yè)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(huàn)。
　　在漿液型電(dian)磁流量計的(de)勵磁方式中(zhong)，通常都是采(cǎi)用矩❄️形波勵(li)磁，産生的流(liu)量信号也都(dōu)呈現矩形波(bo)的形式。這正(zhèng)與Walsh函
數的方(fang)波形式的特(tè)點相對應。另(lìng)外,Walsh變換在計(ji)算方面僅需(xu)要進行實數(shu)的加減運算(suan)，相比于需要(yào)進行複數⚽乘(cheng)法運算⛱️的傅(fu)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(fang)便工業實現(xian)。本文通過對(dui)基于Walsh變換的(de)諧波分析🧑🏽‍🤝‍🧑🏻方(fang)法進行實驗(yàn)探讨，爲漿液(yè)型電磁流量(liàng)計諧波分析(xi)的信号處理(li)方法提供一(yī)種新的方向(xiàng)和思路。
1漿液(ye)噪聲介紹
　　漿(jiāng)液噪聲是指(zhi),在測量漿液(yè)型固液兩相(xiàng)流時,漿液内(nei)部有很.大🛀🏻兩(liang)的團狀物或(huo)者砂漿等大(dà)小不均的👄固(gù)體💯顆粒🌈。漿液(yè)流動時,
這些(xiē)顆粒會撞擊(jī)到電磁流量(liang)計的測量電(diàn)極上，使得測(ce)💛量❓點❤️擊産生(sheng)一個幹擾信(xìn)号,大量的幹(gan)擾信号就會(hui)♉擾亂正常的(de)測量信号,原(yuán)
本.應該平滑(huá)的感應電動(dòng)勢疊加漿液(ye)噪聲，就是使(shi)得🐇流量的測(ce)量出現偏差(chà)。圖1爲勵磁頻(pin)率爲12.5Hz方波勵(li)磁的砂漿💃🏻流(liu)量信号
的幾(ji)乎不含砂漿(jiang)的清水流量(liang)信号。

　　從圖1中可(ke)以看出砂漿(jiāng)信号有着明(ming)顯的信号跳(tiào)變，而傳統的(de)方波勵磁信(xin)号計算方法(fǎ)是使用正負(fù)勵磁相減的(de)方式再進行(háng)處理
得到流(liú)速信息。然而(er)，在面對有着(zhe)劇烈波動的(de)漿液流量信(xin)号時,這種方(fang)法無法消除(chú)信号的劇烈(liè)波動,從而導(dao)緻測量的波(bo)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(fèn)析角度對漿(jiāng)液流量信号(hào)進行探讨♍。
2Walsh變(biàn)換簡介
　　Walsh(沃爾(ěr)什)函數是[O,1]定(ding)義在上完備(bèi)、歸一化的正(zhèng)交系,記爲wal(n,k),具(jù)體波‼️形如圖(tú)2所示。其中k爲(wèi)自變量,n爲序(xu)率,表示Walsh函數(shù)在[0,1]間變号的(de)次🥰數,Walsh函數的(de)矩形波幅值(zhi)的取值爲+1或(huo)-1。
　　Walsh函數即爲-.組(zǔ)矩形波族,任(ren)何以1爲周期(qi),且在[0,1)内可積(jī)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(ji)數:


3諧波分析(xi)方法
3.1諧波分(fen)析方法的原(yuán)理.
　　目前漿液(yè)型電磁流量(liang)計一般大都(dou)采用矩形波(bō)勵㊙️磁📐方式,如(ru)方波勵磁。方(fāng)波勵磁所以(yǐ)得到的流量(liàng)信号也✨都是(shì)❓基于方波形(xing)式。
對于給定(dìng)幅值的E、均值(zhí)爲a的方波信(xìn)号，其傅裏葉(yè)展開公式爲(wèi)
　　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(bo)幅值存在着(zhe)❓一-定的比例(lì)關☂️系。
　　因此,諧(xie)波幅值和測(ce)量流體的流(liú)速之間存在(zài)着一定的比(bi)例💜關系，選擇(ze)頻譜中能夠(gòu)表征流量信(xìn)号且受到✏️幹(gàn)擾較小的諧(xié)波幅值
，通過(guò)測量諧波幅(fú)值的大小來(lái)計算流速。實(shí)驗中會🐆通過(guo)🏃‍♂️對實✊際流量(liang)信号的采集(jí)并處理,對諧(xié)波幅值和流(liú)速進行線性(xìng)拟合來确定(ding)
Walsh變換諧波幅(fú)值和流速之(zhī)間存在的線(xiàn)性關系。
3.2實驗(yàn)平台介紹
　　本(běn)文采用如圖(tú)3所示實驗裝(zhuāng)置來驗證Walsh諧(xie)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(ke)作爲對照表(biao)使用的儀表(biǎo)爲日本橫河(hé)生産的最新(xīn)款AXF040G漿液型電(diàn)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(fèn)别爲清水以(yǐ)❄️及｜ 石英砂、水(shui)質量比爲☀️1/128.2/128..4/128的(de)砂漿,其中石(shí)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(cai)樣的數據長(zhang)度爲100000點。3.3Walsh變換(huàn)諧波分析方(fāng)法的可行🈲性(xing)驗證把實驗(yàn)采集到的每(měi)組數據進行(háng)
分段--共分爲(wèi)40段數據,對長(zhang)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(duì)Walsh數據進行計(jì)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(pin)譜計算方式(shì)爲:

　　根據Walsh變換(huàn)頻譜分析尋(xún)找突出并且(qie)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(pin)率點下的幅(fu)值數據進行(háng)實驗
提取每(mei)組Walsh變換頻譜(pu)圖中的12.5Hz頻率(lǜ)點的幅值構(gòu)成一個長度(dù)爲40的數組x;(i=0,1...39),對(duì)數組進行窗(chuāng)口長度爲w=8的(de)
滑動中值濾(lü)波。如待處理(li)的數據爲Xo~X7,首(shǒu)先對該段數(shù)據進行🔴排序(xu)，之後取間第(di)3到第5點之間(jiān)值的平均值(zhí)作爲該點的(de)值。最
後對處(chù)理過後的數(shù)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(hang)線性拟合結(jié)果如圖5所示(shì)

　　通過對流量(liàng)信号進行Walsh變(bian)換提取諧波(bo)幅值,并對提(tí)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(man)足與流速的(de)線性關系。除(chu)去測量誤差(cha)等❓幹擾因素(sù)😄,Walsh變🏃‍♂️換的諧波(bō)幅值可以很(hěn)好地符合流(liú)速🔞的變換,驗(yàn)證了運用✍️Walsh
變(bian)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(bō)分析的計算(suan)波動率效🛀果(guǒ)
　　本實驗采用(yòng)本文上述的(de)實驗裝置在(zai)介質爲清水(shui)🔞、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(diǎn)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(duì)流量信号進(jin)行一定點數(shù)的Walsh變換計算(suàn)✉️,提取其中受(shòu)♈到漿液影響(xiang)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(xù)，取排序後的(de)幅值中間部(bù)🔞分的一.定點(dian)數當作當前(qian)一輪Walsh計算得(dé)到的諧🐕波幅(fú)值;對這一組(zu)諧波幅值進(jin)行滑動中值(zhi)濾波;對得到(dao)的這組數據(ju)進行流速計(ji)算;最後對實(shi)⛱️驗得到的流(liú)量信号進行(háng)上述處理🐕得(dé)到諧波幅值(zhi)曲線,計算波(bō)動率:

從表1可(kě)以看出Walsh變換(huan)的波動率大(da)多數都處于(yu)5%以下，隻有當(dang)流速增大由(yóu)于漿液固體(tǐ)顆粒的碰撞(zhuàng)更加的頻繁(fan)導緻波動率(lǜ)👣
會略微偏大(da)。上述實驗表(biao)明基于Walsh變換(huàn)的諧波方法(fa)可以一🛀🏻定程(chéng)度的一直漿(jiāng)液噪聲造成(chéng)的影響。
5結束(shù)語
本文将基(ji)于Walsh變換的諧(xie)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(huan)的諧波方法(fǎ)的🤟可行性進(jìn)行實
驗驗證(zhèng)驗證,證明了(le)該方法可以(yi)表征流量的(de)變化。通過實(shi)驗分析驗證(zhèng),基于Walsh變換的(de)諧波分析方(fang)法可以在不(bú)提高勵磁頻(pín)
率的情況下(xià)克服漿液噪(zao)聲帶來的幹(gan)擾，保證流量(liàng)信号一定程(chéng)度的波動穩(wen)定性。此方法(fǎ)也爲漿液型(xing)電磁流量計(ji)在諧波💞分析(xi)🤟方
法方面提(ti)供了新的思(si)考方向和技(ji)術積累。

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