小流量涡街信号的随机共振特性与频率检测方法.pdf

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1、第5期In’strumve’nt一Tec1hniquTe’arnd⋯Senrs’orNo．5小流量涡街信号的随机共振特性与频率检测方法丁君鸿，黄咏梅，林敏(中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州310018)摘要：分析了小流量涡街信号特性，探讨了信号与随机共振系统的阈值和克莱默斯逃逸率之间的关系，提出一种基于幅值和频率双重调制的随机共振方法，用于检测小流量涡街信号的频率。该方法以外加控制信号的幅值和频率作为调控变量，采用多参数控制方式使小流量涡街信号产生随机共振。经数值仿真及实验研究，表明该方法能将小流量涡街信号通过随机

2、共振得到增强，有效获取涡街频率，实现小流量测量，为随机共振的控制和微弱信号的检测提供一种新方法。关键词：涡街流量计；随机共振；信号调制；频率检测中图分类号：TH814文献标识码：A文章编码：1002-1841(2016)05-0103-03StochasticResonanceCharacteristicsandFrequencyDetectionofLowerFlowrateV0rtexSignalDINGJun·hong，HUANGYong-mei，LINMin(CollegeofMetrology&Measurem

3、entEngineering，ChinaJniangUniversity，Hangzhou310018，China)Abstract：ThecharacteristicsoflowerflowratevortexsignalWasanalyzedinthispaper，andtherelationshipbetweenthesig—nalandthestochasticresonancesystemfromtwoaspectsofthresholdvalueandKramersratewasdiscussed．Astoc

4、hasticresonancemethodbasedonamplitudeandfrequencydouble—modulationwaspresentedtodetectthefrequencyoflowerflowratevortexsigna1．Themultipleparameterscontrolmethodbasedonamplitudeandfrequencyofexternalcontrolsignalwasusedforlowerflowratevor-texsignaltogeneratestocha

5、sticresonance．Thenumericalsimulationandexperimentalresearchmanifestthatthemethodcanen—hancethelowerlowratevo~exsignalandefectivelyobtainthefrequencyofvortexsheddingforlowerflowratemeasurement．Themethodprovidesanewwayforstochasticresonancecontro!andweaksignaldetec

6、tion．Keywords：vortexflowmeter；stochasticresonance；signalmodulation；frequencydetection0引言制的随机共振方法，通过外加参数可调的控制信号，以多参数小流量测量一直是涡街流量计的研究重点，也是研究难点调节实现信号与系统的匹配。数值仿真及流量实验表明，该方之一。根据流量计的工作原理，流速越小，漩涡产生的横向升法能够有效获取小流量涡街信号频率，实现流量测量。力越小，涡街信号越弱，再加上工业现场存在的各种振动干扰1随机共振基本原理信号，使涡街频率难

7、以准确获取。国内外学者从信号处理方随机共振的经典双稳系统模型可用Langevin方程表述，如面，对涡街信号做了许多研究，如经典频谱分析法、小波变换式(1)所示：法、自适应陷波法、自适应滤波法等”。但这些方法大多通过dx信号与噪声的特性差异削弱噪声提取信号，在处理淹没于噪声=似一bx’+Acos(tot)+厂(￡)(1)中的小流量涡街信号时，难免会损害有用信号，具有一定局限式中：o，b为系统参数；Acos(tOt)为周期信号；r(t)为均值为零，性。强度为D的高斯白噪声。随机共振是一种非线性处理方法，在非线性双稳系统、信该

8、双稳系统的势函数如式(2)所示：号与噪声三者的共同作用下，可以将噪声能量用于增强周期信号，进行微弱信号检测J。小流量涡街信号含有较弱的单一v(x)=÷÷似(2)频率周期信号和较强的噪声如果将它通过双稳系统产生随机势函数具有2个势阱和1个势垒，势阱底部位于=共振就能增强弱周期信号。但随机共振的产生是有条件的，如±,／a