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電磁流量計(jì)信號(hào)及其噪聲特征分析與信號(hào)去噪算法
發(fā)布時(shí)間:2020-08-21 08:58:05??點(diǎn)擊次數(shù):1297次
電磁流量計(jì)是一種基于法拉*電磁感應(yīng)定律來(lái)測(cè)量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表,它輸出的微弱信號(hào)常被復(fù)雜的干擾所覆蓋.傳統(tǒng)信號(hào)處理電路配置硬件濾波器來(lái)濾除流量信號(hào)中的高頻干擾,但硬件電路存在元件的非理想化會(huì)引入其他噪聲和不能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)兩個(gè)弊端.
針對(duì)硬件電路的不足引入了小波變換和MATLAB相結(jié)合的去噪算法.相比于傳統(tǒng)傅里葉變換,小波變換在去除掉高頻噪聲的同時(shí)保留了信號(hào)的高頻成分,其分辨率分析具有良好的時(shí)頻特性.國(guó)內(nèi)外學(xué)者們針對(duì)電磁流量計(jì)信號(hào),提出了不同的去噪方法對(duì)其進(jìn)行處理分析.用Haar小波對(duì)染噪信號(hào)進(jìn)行不同尺度的濾波,可以得到較好的去噪效果;通過(guò)對(duì)漿液噪聲的分析建模確立電磁流量計(jì)克服漿液噪聲的有效方案,對(duì)漿液測(cè)量有促進(jìn)作用;劉海波等使用MATLAB和FDA TOOL等工具設(shè)計(jì)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(jì)的測(cè)量精度.田猛等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(píng)價(jià)指標(biāo),并分析了小波基、閾值確定規(guī)則和分解尺度對(duì)去噪效果的影響.Wu等提出了一種遺傳自適應(yīng)閾值法,它利用不同信號(hào)的MSE函數(shù)的估計(jì)函數(shù)得到*小MSE意義下的*優(yōu)閾值.Liu等分析了軟硬閾值函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足,通過(guò)對(duì)噪聲方差估計(jì)算法和改進(jìn)的小波閾值函數(shù)的分析,提出了一種新的小波閾值去噪方法.周真等通過(guò)對(duì)流量計(jì)*間信號(hào)建模來(lái)分離干擾信號(hào)和流量信號(hào).在傳統(tǒng)電磁流量計(jì)勵(lì)磁的基礎(chǔ)上,黃志堯等采用矩形波勵(lì)磁來(lái)消除*化電壓干擾和工頻干擾.謝仕宏等利用改變勵(lì)磁頻率和改變勵(lì)磁方式,來(lái)克服電化學(xué)干擾.李斌等提出了一種反饋式信號(hào)放大處理方法,使得流量信號(hào)在放大的過(guò)程中受到*小的干擾.以上方法能夠有效去除信號(hào)干擾,但還存在許多待解決的問(wèn)題,并沒(méi)有廣泛性.本研究引入一種改進(jìn)的新閾值函數(shù)對(duì)電磁流量計(jì)輸出的傳感信號(hào)進(jìn)行去噪處理,經(jīng)實(shí)驗(yàn)仿真表明,這種方法對(duì)電磁流量計(jì)數(shù)據(jù)降噪效果顯著,為提取較為純凈的電磁流量計(jì)信號(hào)提供了參考.
1 電磁流量計(jì)信號(hào)及其噪聲特征分析
電磁流量計(jì)在其使用過(guò)程中會(huì)受到各個(gè)方面的干擾產(chǎn)生各種噪聲,具體噪聲模型如下:
在眾多噪聲中,工頻干擾通過(guò)采集數(shù)據(jù)對(duì)相位的選取可以消除,微分干擾只出現(xiàn)在勵(lì)磁變化處,當(dāng)勵(lì)磁不變時(shí),不存在微分干擾.低頻同相干擾可以忽略不計(jì).電化學(xué)干擾頻帶很寬,在低頻和高頻都有.
2 電磁流量計(jì)信號(hào)去噪算法模型
2.1 小波變換閾值降噪方法基本原理
傳統(tǒng)的硬閾值函數(shù)去噪方法和軟閾值函數(shù)去噪方法,其應(yīng)用也*廣,但不可忽視其缺點(diǎn).
1)硬閾值函數(shù)
硬閾值算法由于自身不連續(xù)的缺點(diǎn),在去噪時(shí)產(chǎn)生“偽吉布斯現(xiàn)象”,丟失了許多原始信息.
2)軟閾值函數(shù)
軟閾值處理后的小波系數(shù)與理論的小波系數(shù)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(shù)及閾值選取
許多學(xué)者對(duì)軟、硬閾值函數(shù)采用改進(jìn)算法.但這些閾值函數(shù)都是基于傳統(tǒng)的閾值函數(shù),仍然存在平滑度低且高階不可導(dǎo)的不足.針對(duì)這些閾值函數(shù)的不足,本文選取了一種含有不同未知數(shù)的閾值函數(shù),該閾值函數(shù)不僅介于軟、硬閾值函數(shù)中間,同時(shí)集成了它們的優(yōu)點(diǎn),且添加了平滑過(guò)渡區(qū).以此來(lái)解決傳統(tǒng)兩種閾值函數(shù)的不足.引入的新閾值函數(shù)如下: