科氏流量计两相流信号处理与校正的研究

发布时间：2020-10-23 07:29

　　 科氏流量计在工业上有相当广泛的应用,单相流已经达到0.01工业精度,但两相流下的精度提升一直存在瓶颈。基于自适应格型滤波器的信号增强算法,会在含气率过高时出现频率跟踪的延迟。为了加快收敛,增加其带宽,使得频率跟踪更加准确,质量误差从2.09%下降到1.49%。同时,尝试了一种基于经验模态分解(EMD)的信号增强算法,该算法能自适应地提取信号变化主要趋势,适合测量变化较大信号。分别使用改进的随机漫步模型和实测数据进行测试。EMD在较大含气率时仿真与实测结果均优于自适应滤波器。提出了滑窗算法对相位差优化。消除结果中的异常值,能有效减小相位差受噪声的影响,在单相流、多相流以及降采样情况下都进行了测试,均使得精度获得20%以上的提升,验证了其有效性。基于CCM2000型科氏流量计搭建了两相流实验平台。测量两相流时由于阻尼比变化,振动管会出现振幅降低,甚至停振现象。设计了一套数字驱动系统,仿真模型实验结果表明该驱动系统能有效稳定振幅。将上文的滤波及相位处理算法嵌入至DSP中,完成了一套针对两相流的信号处理系统。针对两相流模型误差,使用BP神经网络离线校正,并设计了三个新特征。新特征使得校正误差从2.29%下降至1.93%。使用卷积神经网络(CNN)进一步从原始数据中提取特征,将原特征从全连接层加入,使得平均误差降至1.82%。为了预测振动管中出现的大气泡,使用CNN预测仿真数据的含气率。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH814.6;O359
【部分图文】：

氏两相流的研究方向与现状氏流量计原理介绍氏流量计是基于科里奥利力测量质量流量的。在匀速转动参考系当中，的物体为了保持角动量守恒，产生了相对加速度，可以用一个虚拟的力，即为科里奥利力，科氏力的矢量方向始终与物体相对运动方向相垂直公式如式(1-1)所示：02cF mv r (1中，m 为质点质量，v为旋转参考系中的相对速度， 为角动量大小，0r 指向圆心的单位向量， 为角动量方向的单位向量。际在科氏流量计中不可能使测量管匀速旋转，因此使管道振动来产生科里以微弯管科氏流量计为例，它的结构图如图 1-1[1]。

1.2.3 误差校正研究现状由于气液两相流力学效应复杂，相位差与质量流速会呈现复杂的非线性关系，若继续使用单相流模型，误差可以达到 30%以上，研究者尝试对两相流建模解释这部分误差，但仍未找到与实测误差相符的模型，而且两相流存在多种流型，在不同流型下各项参数与误差的关系也不同。基于模型的校正存在许多困难，目前一般使用神经网络补偿这部分误差。1.2.3.1 基于模型的补偿方法各流型的模型不同，若要对结果进行补偿，先要确定其流型。目前，流型的分类没有统一的标准，并且与管道的安装方式（水平或垂直），管道的几何参数，流体的物理参数等多种因素有关。常见的流型如图 1-2[22]所示有泡状流，弹状流，搅拌流，环状流，液丝环状流，当测量管水平安装时，由于重力作用气体集中在上部，则流型如图 1-2(b)所示

图 2-1 格型陷波器结构图Fig 2-1 Structure of lattice notch filter成式(2-1)所示的 z 传递函数：1 201 201 2( )1 (1 )k z zH zk z z 0= -cos(ω)，ω 是归一化的信号频率；ρ 是陷波器的带宽，趋输出 e 可以用来自适应修正系数 k0，使滤波器能跟踪主频如图 2-2 所示
【参考文献】

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1 杨辉跃;涂亚庆;张海涛;;基于DFT的相位差估计精度与改进方法[J];传感技术学报;2015年01期

2 陶波波;侯其立;石岩;任东顺;徐科军;;科氏质量流量计测量含气液体流量的方法与实现[J];仪器仪表学报;2014年08期

3 林伟;蔡选宪;;基于格型陷波器和Hilbert变换的科里奥利质量流量计信号处理方法[J];电子器件;2014年01期

4 杨辉跃;涂亚庆;张海涛;李明;;振动信号频率跟踪的反馈修正自适应陷波器法[J];振动与冲击;2014年03期

5 郑子云;涂亚庆;沈廷鳌;;科氏流量计信号处理实验平台软件设计及实现[J];自动化与仪器仪表;2014年01期

6 罗凡;廖俊必;杨杰斌;赵普俊;孙茂一;;科里奥利质量流量计密度效应研究[J];四川大学学报(工程科学版);2013年05期

7 李明;涂亚庆;沈廷鳌;杨辉跃;;时变信号频率跟踪的一种新自适应陷波器方法[J];仪器仪表学报;2013年07期

8 耿艳峰;华陈权;王微微;邢兰昌;;利用科氏流量计测量凝析天然气的气液流量[J];自动化仪表;2013年03期

9 杨辉跃;涂亚庆;张海涛;易鹏;;一种基于SVD和Hilbert变换的科氏流量计相位差测量方法[J];仪器仪表学报;2012年09期

10 李苗;徐科军;侯其立;方敏;熊文军;刘翠;;科氏质量流量计气液两相流实验装置设计[J];实验技术与管理;2012年03期

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1 马龙博;油水两相流量测量研究及在三相流量测量中的应用[D];浙江大学;2006年

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1 赵玉琦;基于科氏流量计的环状流测量模型研究[D];中国石油大学（华东）;2013年

2 李姗姗;科氏流量计测量气液两相分层流的模型研究[D];中国石油大学（华东）;2013年

3 刘颖;科里奥利质量流量计动态数值分析及结构优化[D];上海交通大学;2013年

4 王敬华;基于正交算法科里奥利质量流量计的设计[D];上海交通大学;2013年

5 朱小倩;科氏流量计两相流测量含气率影响规律及修正方法的研究[D];中国石油大学;2011年

6 李叶;科里奥利质量流量计数字信号处理算法的研究与实现[D];合肥工业大学;2010年

本文编号：2852717