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    基于电磁流量计的浆液噪声研究
    发布时间:2020-8-24 08:47:36

    摘要:电磁流量计在测量浆液时,会受到浆液噪声的干扰,这种干扰是影响流量测量等指标的主要影响因素。由大量实验得知,浆液噪声符合1/f噪声特性,通过对1/f噪声的理论分析和数学计算,可以得到浆液噪声的数学模型。最后综合浆液的物理特性,可以得到参数可控的浆液噪声的仿真模型,该模型对噪声研究和电磁流量计设计研发都具有一定的实际价值。
      电磁流量计的测量通道是一段光滑的直管段,不会堵塞,非常适用于测量含有因体的固液两相流体,且电磁流量计在检测时不会带来压力等外力作用。所以节能效果好1。电磁流量计采用法拉第电磁感应定律作为设计原理,测量的体积流量基本上不受流体的密度、温度、压力、粘度和电导率变化的明显影响,且其口径范围选择余地大,流量测量范围宽,也可用于测量具有腐蚀性的液体。
      电磁流量计在测量液体时,两个电极与被测液体相接触,这样可以更准确地测量由于外加激励而产生的电荷偏移回。流速为V的流体在外加磁场的情况下,切割磁力线,向两个电极方向移动,形成电势差E。但是在接触过程中,被测液体中混合的大小质量不均的固体颗粒在流体运动中,随机的冲撞电极,使得输出信号出现频繁的跳动,这种现象叫做浆状流体噪声。即浆液噪声4。
    1.1/f噪声的宏观解释
      浆液内部含有大量的纸浆或砂浆等大小不均的固体颗粒,浆液流动时,这些颗社会冲撞到电磁流量计的测量电极上,使得测量电极产生一个突变信号,大量的突变信号扰乱了正常的测量信号,原本应该平滑的感应电势叠加上噪声,使得流量测量产生偏差。
      将浆液噪声从流量信号里抽离出来,并从频域的角度分析可知,浆液噪声的功率谱密度符合1/f噪声特性,即信号的功率谱能量分布和频率成反比。功率谱分析表明浆液噪声的频率分布很宽,干扰的增益随着频率的升高而降低。图1为不含流量信号的浆液噪声时域图及其对应的功率谱密度图6]。。

      对于1/f噪声的研究,现阶段常用的有两种方法:一种是,首先产生随机白噪声,再把白噪声通过一个高通滤波器,经过滤波的噪声可以近似看作是1/f噪声;另一种是,用状态机的方法经过复杂的运算得到,或者用一种需要复杂方法的模型得出1/f噪声。
    2.1/f噪声的统计解释
      1/f噪声在很多自然系统中都有出现,近些年来越来越多的.人都试图用数学分析的方法解释这种现象,但是所有的研究都还未达成统一7,但是有一个共性是公认的,。下面是本文对1/f的一种解释。
      设在一段时间内(t>0),浆液颗粒冲撞电极产生的噪声电压值的大小与冲撞电极的颗粒的大小(流体浓度)、力度(流体速度).几何形状有关,假定将浆液颗粒分化为质量、形状统一的质点,浆液颗粒冲撞电极产生的噪声电压值正比于质点的数量,即在某一时刻t,产生的噪声值的幅值用质点的数量来描述间。
      则浆液冲撞电极的随机过程为计数过程,若N(t)表示时刻t为止累计的质点数量,则此过程满足以下条件:


      其中,K是与流速、浓度以及浆液颗粒形状有关的系数;a是表征噪声1/f特性的系数,通常1<α<2;S(?)为噪声序列中噪声频率f的统计幅值;T是浆液颗粒冲撞电极的间隔时间。
      假设y=log10S(?),b=log10,K,kX=α*log10T,则统计功率谱在对数坐标系下,可将浆液噪声等效成Y=b+kX。Y正比于统计幅值,b正比于流速和浓度,k为浆液国有系数,表征不同种类的浆液。
      浆液噪声的幅值VA符合高斯分布,且高斯分布的均值μ和方差σ与b和k有关。即高斯分布的均值增大,等效直线斜率增大,截距减小;高斯分布的方差增大,等效直线斜率减小,截距增大;幅值倍數增大,截距增大。
    4实验验证
      根据以上关系,设计一种浆液噪声Msun,此噪声由功率谱统计特性拟合的直线符合斜率为k=-1.9,截距为b=-52。噪声各频段斜率相近。整体波形随机曲折。

    实验结果如表1,Data1和Data2为实际噪声测得的数据。

    5结束语
      通过分析浆液噪声,可以得到以下结论:
    1)根据浆液噪声的频谱特性的分析,此模型可用于在一定频谱范围内近似代替实际浆液噪声;
    2)浆液噪声在对数坐标下,呈现1/f的特性,浓度增加或者流速增加,曲线上移,浓度下降或者流速降低,曲线下移;低频噪声能量高于高频噪声,高频段比低频段丰富.

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