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LDCK-50電磁流量計(jì)測(cè)量過(guò)程中噪聲產(chǎn)生的影響

閱讀：563 發(fā)布時(shí)間：2019-12-10

LDCK-50電磁流量計(jì)的測(cè)量通道是一段光滑的直管段,，不會(huì)堵塞,，非常適用于測(cè)量含有固體的固液兩相流體，且電磁流量計(jì)在檢測(cè)時(shí)不會(huì)帶來(lái)壓力等外力作用,，所以節(jié)能效果好,。電磁流量計(jì)采用法拉第電磁感應(yīng)定律作為設(shè)計(jì)原理，測(cè)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(dǎo)率變化的明顯影響,，且其口徑范圍選擇余地大,，流量測(cè)量范圍寬，也可用于測(cè)量具有腐蝕性的液體,。
LDCK-50電磁流量計(jì)在測(cè)量液體時(shí),，兩個(gè)電極與被測(cè)液體相接觸，這樣可以更準(zhǔn)確地測(cè)量由于外加激勵(lì)而產(chǎn)生的電荷偏移,。流速為V 的流體在外加磁場(chǎng)的情況下,，切割磁力線，向兩個(gè)電極方向移動(dòng),，形成電勢(shì)差 E ,。但是在接觸過(guò)程中，被測(cè)液體中混合的大小質(zhì)量不均的固體顆粒在流體運(yùn)動(dòng)中,，隨機(jī)的沖撞電極,，使得輸出信號(hào)出現(xiàn)頻繁的跳動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做漿狀流體噪聲,，即漿液噪聲 ,。
1、1／f 噪聲的宏觀解釋
漿液內(nèi)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(dòng)時(shí),，這些顆粒會(huì)沖撞到電磁流量計(jì)的測(cè)量電極上，使得測(cè)量電極產(chǎn)生一個(gè)突變信號(hào),，大量的突變信號(hào)擾亂了正常的測(cè)量信號(hào),，原本應(yīng)該平滑的感應(yīng)電勢(shì)疊加上噪聲，使得流量測(cè)量產(chǎn)生偏差,。
將漿液噪聲從流量信號(hào)里抽離出來(lái),，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(hào)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。

對(duì)于 1／f 噪聲的研究,，現(xiàn)階段常用的有兩種方法：一種是，首先產(chǎn)生隨機(jī)白噪聲,，再把白噪聲通過(guò)一個(gè)高通濾波器,，經(jīng)過(guò)濾波的噪聲可以近似看作是 1／f 噪聲；另一種是,，用狀態(tài)機(jī)的方法經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算得到,，或者用一種需要復(fù)雜方法的模型得出 1／f噪聲。
2,、1／f 噪聲的統(tǒng)計(jì)解釋
1／f 噪聲在很多自然系統(tǒng)中都有出現(xiàn),，近些年來(lái)越來(lái)越多的人都試圖用數(shù)學(xué)分析的方法解釋這種現(xiàn)象，但是所有的研究都還未達(dá)成統(tǒng)一,，但是有一個(gè)共性是*的,，下面是本文對(duì) 1／f 的一種解釋。
設(shè)在一段時(shí)間內(nèi)（ t＞0 ）,，漿液顆粒沖撞電極產(chǎn)生的噪聲電壓值的大小與沖撞電極的顆粒的大?。黧w濃度）、力度（流體速度）,、幾何形狀有關(guān),，假定將漿液顆粒分化為質(zhì)量、形狀統(tǒng)一的質(zhì)點(diǎn),，漿液顆粒沖撞電極產(chǎn)生的噪聲電壓值正比于質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量,，即在某一時(shí)刻 t ，產(chǎn)生的噪聲值的幅值用質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量來(lái)描述,。則漿液沖撞電極的隨機(jī)過(guò)程為計(jì)數(shù)過(guò)程,，若 N （ t ）表示時(shí)刻t 為止累計(jì)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)量，則此過(guò)程滿足以下條件：
1 ）N （ t ） ≥0 ,；
2 ）N （ t ）是正整數(shù),；
3 ）若 s＜t ，則 N （ s ）＜N （ t ）,；
4 ）當(dāng) s＜t ,， N （ t ）－N （ s ）等于區(qū)間（ s ， t ］中質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量,。
由此可知,，漿液沖撞電極產(chǎn)生的噪聲，符合泊松過(guò)程,，定義為
其中 t＜0 時(shí),， N （ t ）＝0 ,。將其做傅里葉變換，可得：
其中,， K 是與流速,、濃度以及漿液顆粒形狀有關(guān)的系數(shù)；是表征噪聲 1／f 特性的系數(shù),，通常 1＜＜2 ,； S 為噪聲序列中噪聲頻率 f 的統(tǒng)計(jì)幅值； T 是漿液顆粒沖撞電極的間隔時(shí)間,。
假設(shè) y＝log 10 S ,， b＝log 10 K ， kX＝*log 10 T ,，則統(tǒng)計(jì)功率譜在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下,，可將漿液噪聲等效成 Y＝b＋kX 。 Y 正比于統(tǒng)計(jì)幅值,， b 正比于流速和濃度,， k 為漿液固有系數(shù)，表征不同種類的漿液,。
漿液噪聲的幅值 V A 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(guān)。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(shù)增大,，截距增大［ 10 ］。
4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
根據(jù)以上關(guān)系,，設(shè)計(jì)一種漿液噪聲 M slurry ,，此噪聲由功率譜統(tǒng)計(jì)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(jī)曲折。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)分析漿液噪聲,，可以得到以下結(jié)論：
1 ）根據(jù)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(nèi)近似代替實(shí)際漿液噪聲；
2 ）漿液噪聲在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下,，呈現(xiàn) 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,。

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