摘要:電磁流量計在測量漿液時,會受到漿液噪聲的干擾,這種干擾是影響流量測量等指標的主要影響因素。由大量實驗得知,漿液噪聲符合1/f噪聲特性,通過對1/f噪聲的理論分析和數學計算,可以得到漿液噪聲的數學模型。最后綜合漿液的物理特性,可以得到參數可控的漿液噪聲的仿真模型,該模型對噪聲研究和電磁流量計設計研發都具有一定的實際價值。
電磁流量計的測量通道是一段光滑的直管段,不會堵塞,非常適用于測量含有因體的固液兩相流體，且電磁流量計在檢測時不會帶來壓力等外力作用。所以節能效果好1。電磁流量計采用法拉第電磁感應定律作為設計原理，測量的體積流量基本上不受流體的密度、溫度、壓力、粘度和電導率變化的明顯影響,且其口徑范圍選擇余地大,流量測量范圍寬,也可用于測量具有腐蝕性的液體。
電磁流量計在測量液體時，兩個電極與被測液體相接觸,這樣可以更準確地測量由于外加激勵而產生的電荷偏移回。流速為V的流體在外加磁場的情況下，切割磁力線,向兩個電極方向移動,形成電勢差E。但是在接觸過程中,被測液體中混合的大小質量不均的固體顆粒在流體運動中,隨機的沖撞電極,使得輸出信號出現頻繁的跳動，這種現象叫做漿狀流體噪聲。即漿液噪聲4。
1.1/f噪聲的宏觀解釋
漿液內部含有大量的紙漿或砂漿等大小不均的固體顆粒，漿液流動時,這些顆社會沖撞到電磁流量計的測量電極上,使得測量電極產生一個突變信號，大量的突變信號擾亂了正常的測量信號,原本應該平滑的感應電勢疊加上噪聲，使得流量測量產生偏差。
將漿液噪聲從流量信號里抽離出來，并從頻域的角度分析可知,漿液噪聲的功率譜密度符合1/f噪聲特性,即信號的功率譜能量分布和頻率成反比。功率譜分析表明漿液噪聲的頻率分布很寬,干擾的增益隨著頻率的升高而降低。圖1為不含流量信號的漿液噪聲時域圖及其對應的功率譜密度圖6]。。
對于1/f噪聲的研究,現階段常用的有兩種方法:一種是，首先產生隨機白噪聲,再把白噪聲通過一個高通濾波器,經過濾波的噪聲可以近似看作是1/f噪聲;另一種是,用狀態機的方法經過復雜的運算得到,或者用一種需要復雜方法的模型得出1/f噪聲。
2.1/f噪聲的統計解釋
1/f噪聲在很多自然系統中都有出現，近些年來越來越多的.人都試圖用數學分析的方法解釋這種現象，但是所有的研究都還未達成統一7,但是有一個共性是公認的,
。下面是本文對1/f的一種解釋。
設在一段時間內(t>0),漿液顆粒沖撞電極產生的噪聲電壓值的大小與沖撞電極的顆粒的大小(流體濃度)、力度(流體速度).幾何形狀有關,假定將漿液顆粒分化為質量、形狀統一的質點,漿液顆粒沖撞電極產生的噪聲電壓值正比于質點的數量,即在某一時刻t,產生的噪聲值的幅值用質點的數量來描述間。
則漿液沖撞電極的隨機過程為計數過程,若N(t)表示時刻t為止累計的質點數量,則此過程滿足以下條件:
其中,K是與流速、濃度以及漿液顆粒形狀有關的系數;a是表征噪聲1/f特性的系數,通常1<α<2;S(?)為噪聲序列中噪聲頻率f的統計幅值;T是漿液顆粒沖撞電極的間隔時間。
假設y=log10S(?),b=log10,K,kX=α*log10T,則統計功率譜在對數坐標系下，可將漿液噪聲等效成Y=b+kX。Y正比于統計幅值,b正比于流速和濃度,k為漿液國有系數,表征不同種類的漿液。
漿液噪聲的幅值VA符合高斯分布,且高斯分布的均值μ和方差σ與b和k有關。即高斯分布的均值增大,等效直線斜率增大,截距減小;高斯分布的方差增大,等效直線斜率減小,截距增大;幅值倍數增大,截距增大。
4實驗驗證
根據以上關系,設計一種漿液噪聲Msun,此噪聲由功率譜統計特性擬合的直線符合斜率為k=-1.9,截距為b=-52。噪聲各頻段斜率相近。整體波形隨機曲折。
實驗結果如表1,Data1和Data2為實際噪聲測得的數據。
5結束語
通過分析漿液噪聲,可以得到以下結論:
1)根據漿液噪聲的頻譜特性的分析,此模型可用于在一定頻譜范圍內近似代替實際漿液噪聲;
2)漿液噪聲在對數坐標下,呈現1/f的特性,濃度增加或者流速增加,曲線上移,濃度下降或者流速降低,曲線下移;低頻噪聲能量高于高頻噪聲,高頻段比低頻段豐富.
以上內容源于網絡，如有侵權聯系即刪除!
