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        電磁流量計信號及其噪聲特征分析

        來源:作者:發表時間:2018-10-24 09:26:34

               電磁流量計是一種基于法拉第電磁感應定律來測量管內導電介質體積流量的感應式儀表,它輸出的微弱信號常被復雜的干擾所覆蓋.傳統信號處理電路配置硬件濾波器來濾除流量信號中的高頻干擾,但硬件電路存在元件的非理想化會引入其他噪聲和不能動態調節兩個弊端.

         
        針對硬件電路的不足引入了小波變換和MATLAB相結合的去噪算法.相比于傳統傅里葉變換,小波變換在去除掉高頻噪聲的同時保留了信號的高頻成分,其分辨率分析具有良好的時頻特性.國內外學者們針對電磁流量計信號,提出了不同的去噪方法對其進行處理分析.用Haar小波對染噪信號進行不同尺度的濾波,可以得到較好的去噪效果[1-2];通過對漿液噪聲的分析建模確立電磁流量計克服漿液噪聲的有效方案,對漿液測量有促進作用[3-4];劉海波等[5]使用MATLAB和FDA TOOL等工具設計了工頻陷波器,仿真表明該濾波器能很好消除某一固定頻率的工頻干擾,提高了電磁流量計的測量精度.田猛等[6]采用小波閾值去噪方法,將信噪比與均方根誤差作為去噪效果的評價指標,并分析了小波基、閾值確定規則和分解尺度對去噪效果的影響.Wu等[7]提出了一種遺傳自適應閾值法,它利用不同信號的MSE函數的估計函數得到**小MSE意義下的**優閾值.Liu等[8]分析了軟硬閾值函數的優點與不足,通過對噪聲方差估計算法和改進的小波閾值函數的分析,提出了一種新的小波閾值去噪方法.周真等[9]通過對流量計極間信號建模來分離干擾信號和流量信號.在傳統電磁流量計勵磁的基礎上,黃志堯等[10]采用矩形波勵磁來消除極化電壓干擾和工頻干擾.謝仕宏等[11]利用改變勵磁頻率和改變勵磁方式,來克服電化學干擾.李斌等[12]提出了一種反饋式信號放大處理方法,使得流量信號在放大的過程中受到極小的干擾.以上方法能夠有效去除信號干擾,但還存在許多待解決的問題,并沒有廣泛性.本研究引入一種改進的新閾值函數對電磁流量計輸出的傳感信號進行去噪處理,經實驗仿真表明,這種方法對電磁流量計數據降噪效果顯著,為提取較為純凈的電磁流量計信號提供了參考.
         
        1 電磁流量計信號及其噪聲特征分析
        電磁流量計在其使用過程中會受到各個方面的干擾產生各種噪聲,具體噪聲模型如下:
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        在眾多噪聲中,工頻干擾通過采集數據對相位的選取可以消除,微分干擾只出現在勵磁變化處,當勵磁不變時,不存在微分干擾.低頻同相干擾可以忽略不計.電化學干擾頻帶很寬,在低頻和高頻都有.
         
        2 電磁流量計信號去噪算法模型
        2.1 小波變換閾值降噪方法基本原理
        傳統的硬閾值函數去噪方法和軟閾值函數去噪方法,其應用也極廣,但不可忽視其缺點.
        1)硬閾值函數
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        硬閾值算法由于自身不連續的缺點,在去噪時產生“偽吉布斯現象”,丟失了許多原始信息[13].
        2)軟閾值函數
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        軟閾值處理后的小波系數與理論的小波系數存在固定誤差,容易造成高頻有用信息的遺失.
         
        2.2 新型小波降噪方法閾值函數及閾值選取
        許多學者對軟、硬閾值函數采用改進算法[14-16].但這些閾值函數都是基于傳統的閾值函數,仍然存在平滑度低且高階不可導的不足.針對這些閾值函數的不足,本文選取了一種含有不同未知數的閾值函數,該閾值函數不僅介于軟、硬閾值函數中間,同時集成了它們的優點,且添加了平滑過渡區.以此來解決傳統兩種閾值函數的不足.引入的新閾值函數[17]如下:
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