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壓縮空氣流量信號由兩部分組成:一是由流速產(chǎn)生的正弦壓縮空氣信號, 二是干擾引起的噪聲信號, 因此壓縮空氣信號遠非理想的正弦波信號, 而是一個混有強噪聲的混合信號?，F(xiàn)在, 已經(jīng)提出了很多種處理壓縮空氣信號的方法, 用來提取流量信號的頻率。
1.譜分析信號處理方法
建立噪聲模板和信號模板的基礎(chǔ)上, 用譜分析方法消除壓縮空氣流量計中的強噪聲是近年來研究熱點之一, 利用該方法解決強干擾條件下壓縮空氣流量計測量問題。首先將頻率測量范圍分段, 在不同頻段建立噪聲模板, 然后用混合信號的功率譜與噪聲模板, 提取噪聲, 再利用插值法消除噪聲, zui后對消除噪聲的信號進行頻譜分析, 計算出頻率, 利用頻譜校正法提高計算精度 。但是, 噪聲情況各種各樣。不易獲得噪聲的所有模板。經(jīng)典譜分析算法對正態(tài)分布的白噪聲有很好的抑制作用, 方法直觀, 容易編程實現(xiàn)。但在非整周期采樣時誤差較大, 需要進行頻譜校正。而現(xiàn)代譜分析方法更適合短序列的譜分析, 對噪聲抑制能力強, 精度高, 但建模階數(shù)對功率譜計算的結(jié)果有影響, 有時還存在譜線分裂現(xiàn)象。
2.自適應(yīng)濾波信號處理方法
采用基于zui小均方自適應(yīng)算法的現(xiàn)代譜分析處理流量信號。自適應(yīng)濾波方法采用十抽一濾波器和高低通濾波器。自適應(yīng)陷波針對不同頻率的信號建立不同參數(shù)的模型, 在非整周期采樣、諧波和噪聲干擾情況下頻率測量都能達到較好的精度, 其不足之處是采樣點數(shù)多, 計算時間長, 實時性差。如果流量信號發(fā)生突變, 而采樣頻率沒有及時跟蹤, 會造成較大的測量誤差 。由漩渦發(fā)生體、探針、前置處理電路和APPLE微機構(gòu)成測量系統(tǒng), 驗證了譜分析方法用于壓縮空氣流量計信號處理的可行性, 但是, 這種方法對諧波干擾的抑制能力較差。
3.熵譜法信號處理方法
對周期圖譜分析和基于Burg的現(xiàn)代譜分析方法———zui大熵譜法, 用于壓縮空氣流量計的信號處理進行了研究, 發(fā)現(xiàn)周期圖譜分析方法對長序列的計算精度高, 對諧波的抑制能力強, 處理非過零采樣的數(shù)據(jù)時, 計算精度不受影響, 基于Burg算法的譜分析方法, 先建立自回歸模型, 再計算功率譜。采用Burg算法, 以正反向線性預(yù)測誤差能量的平方和zui小為準(zhǔn)則, 來估計自回歸模型的系數(shù), 特別易于短序列的譜分析, 分辨率較高。進行仿真后, 發(fā)現(xiàn)Burg算法抑制隨機噪聲能力強, 但抑制確定性噪聲, 如壓縮空氣產(chǎn)生的低頻擺動噪聲的能力比周期圖法差。
4.DSP軟硬件結(jié)合信號處理方法
采用DSP芯片將周期圖譜分析法和數(shù)字信號處理器應(yīng)用于壓縮空氣流量計的信號處理, 研制了硬、軟件系統(tǒng)計算流量信號的頻率, 取得了不錯的效果。但是, 采用DSP芯片, 首先是價格較高, 其次在市電供給困難的場合, 如野外、井下、長期無人值守的環(huán)境下, 就不能采用DSP芯片作為處理器了, 因為現(xiàn)有的DSP芯片功耗至少有幾十毫安?；贔FT的經(jīng)典譜分析方法, 直接用傅立葉變換對有*序列計算功率譜, 求取信號頻率。該方法能有效抑制諧波干擾, 但在非整周期采樣時, 有較大的泄漏誤差, 必須利用頻譜校正方法來提高測量精度。
5.小波變換信號處理方法
小波變換可以作為一組帶通濾波器, 用來對壓縮空氣傳感器信號進行濾波, 去除噪聲, 以便準(zhǔn)確提取頻率信息。利用小波變換的低通和帶通濾波特性, 可以把原始信號中的不同頻率的信號成分分離出來。小波變換可看成是一組帶通濾波器, 具有低頻處分辨率高、高頻處分辨率低的特點, 但功耗和實時性需要進一步探討。
6.數(shù)字濾波器信號處理方法
數(shù)字濾波器的設(shè)計方法很多, zui通用的方法是利用已經(jīng)很成熟的模擬濾波器的設(shè)計方法, 如Butterworth濾波器、Chebyshev濾波器、橢圓濾波器等。采用Butterworth濾波、低通濾波、中位數(shù)濾波相結(jié)合的濾波方法對原始的壓縮空氣信號進行處理, 該方法能滿足低通濾波要求, 通過合理選擇窗口長度可以有效濾除脈沖噪聲。但是在實際應(yīng)用時, 信號需要經(jīng)過三級濾波, 存在計算量大、實時性較差的問題。
