摘要(yào):電磁(cí)流量計在測量(liàng)漿液(yè)時(shí)，會受到(dào)漿液噪聲的幹(gàn)擾,這種幹擾是(shì)影響流量測量(liàng)等指标的(de)主要(yào)影響因(yīn)素(sù)。由大量實(shí)驗(yàn)得知,漿(jiāng)液(yè)噪聲符(fú)合1/f噪(zào)聲特性,通過對(duì)1/f噪聲的(de)理(lǐ)論分(fèn)析和數(shù)學計算,可以得到(dào)漿液(yè)噪聲的數學模(mó)型。最後(hòu)綜合漿液的物理特性(xìng),可以得(dé)到參數(shù)可控(kòng)的漿液噪聲(shēng)的仿真模型(xíng)，該模型對噪聲(shēng)和電磁流(liú)量計(jì)設計都具有一(yī)定的實際價值。
漿液型電(diàn)磁流(liú)量計(jì)的測(cè)量通(tōng)道是一段段光滑的(de)直(zhí)管(guǎn)段,不會堵(dǔ)塞(sāi),非常适(shì)用于測(cè)量(liàng)含有(yǒu)固體的固液兩(liǎng)相流體，且(qiě)電磁流量計(jì)在(zài)檢測(cè)時不(bú)會帶(dài)來壓力等(děng)外力作用(yòng),所以(yǐ)節(jiē)能效果(guǒ)好"。電磁流(liú)量計采用(yòng)法(fǎ)拉第電磁感(gǎn)應定律作(zuò)爲設計原理，測(cè)量的體積流(liú)量(liàng)基本.上(shàng)不受流體的密度、溫度(dù)、壓力(lì)、粘(zhān)度和電導率變化的明(míng)顯影響(xiǎng),且其口(kǒu)徑範(fàn)圍選(xuǎn)擇餘(yú)地大,流量(liàng)測量(liàng)範圍寬,也可用于測量具(jù)有腐(fǔ)蝕性的液體。
電(diàn)磁流量計在測(cè)量液體時，兩個電極(jí)與被(bèi)測液體(tǐ)相(xiàng)接觸,這樣(yàng)可以更正确地(dì)測量(liàng)由于外加激勵(lì)而(ér)産生的電荷(hé)偏(piān)移。流速(sù)爲v的流體在外(wài)加磁(cí)場的情況(kuàng)下,切割(gē)磁力線,向兩個(gè)電極方(fāng)向移動,形成電勢差(chà)e。但是在接(jiē)觸過程(chéng)中,被測(cè)液體(tǐ)中混(hùn)合的大小質(zhì)量(liàng)不均的固體顆粒在(zài)流(liú)體(tǐ)運動中，随(suí)機的沖(chòng)撞(zhuàng)電極，使得(dé)輸出信号(hào)出現(xiàn)頻(pín)繁的跳(tiào)動,這(zhè)種現(xiàn)象叫(jiào)做漿(jiāng)狀流(liú)體噪(zào)聲，即漿液(yè)噪聲。
1.1/f噪聲的宏(hóng)觀解(jiě)釋
漿液内部含有大量的紙漿(jiāng)或(huò)砂漿等大小不均(jun1)的固(gù)體顆粒,漿液流(liú)動時,這些顆(kē)粒會沖(chòng)撞到電磁流量(liàng)計(jì)的測量電極(jí)上,使得測量(liàng)電(diàn)極産(chǎn)生(shēng)一個突(tū)變信号，大量的突變(biàn)信号擾亂(luàn)了正常的(de)測量(liàng)信号(hào),原本(běn)應該(gāi)平滑的感(gǎn)應電(diàn)勢疊(dié)加.上噪聲(shēng),使得(dé)流量測量産生偏差'5]。将漿(jiāng)液噪聲從流量信号裏(lǐ)抽離出(chū)來,并從頻域的角度(dù)分析可知,漿液噪聲的功率譜(pǔ)密度符合(hé)1/f噪聲特性(xìng)，即信(xìn)号的(de)功率(lǜ)譜能(néng)量分布和(hé)頻率(lǜ)成反比(bǐ)。功率譜(pǔ)分析表(biǎo)明漿液(yè)噪聲的頻率分(fèn)布很寬,幹擾的(de)增益(yì)随着頻率(lǜ)的(de)升高而降低(dī)。圖1爲(wèi)不含流量(liàng)信号的(de)漿(jiāng)液噪(zào)聲時(shí)域圖及其(qí)對應的功(gōng)率譜(pǔ)密度圖。
對于1/f噪(zào)聲的研究(jiū),現階段常用的有兩(liǎng)種方法(fǎ):一種是(shì),首先(xiān)産生随機(jī)白(bái)噪聲,再(zài)把白(bái)噪聲(shēng)通過-一個高通濾(lǜ)波(bō)器經(jīng)過濾波的噪聲(shēng)可以近似(sì)看作(zuò)是1/f噪(zào)聲(shēng);另(lìng)一種(zhǒng)是,用狀(zhuàng)态機的方法經(jīng)過複雜(zá)的運算得(dé)到，或者用(yòng)--種需(xū)要複雜方法的模型(xíng)得出1/f噪聲。
2.1/f噪(zào)聲(shēng)的統計解(jiě)釋
1/f噪聲在(zài)很多自然(rán)系統中都(dōu)有出(chū)現，近些年來越(yuè)來越多的人都(dōu)試圖用數學分析的方法(fǎ)解釋(shì)這種(zhǒng)現象，但是所有的研(yán)究都(dōu).還未(wèi)達成(chéng)統一(yī),但是有一(yī)個共性是公認的,
.下(xià)面是本文(wén)對1/f的一種解釋。
則漿(jiāng)液沖撞電極的(de)随機過程爲計(jì)數過程，若(ruò)n(t)表示(shì)時刻(kè)t爲止(zhǐ)累計(jì)的質(zhì)點數(shù)量,則此過程滿(mǎn)足(zú)以(yǐ)下條件(jiàn):
1)n(t)≥0;
2)n(t)是正整(zhěng)數;
3)若(ruò)s<t,則(zé)n(s)<n(t);
4)當s<t,n(t)-n(s)等于(yú)區間(s,t]中(zhōng)質(zhì)點的(de)數(shù)量。
由此可知(zhī),漿液(yè)沖撞電極産生的(de)噪聲，符合泊松過程,定義爲(wèi):
其中n是平(píng)均脈沖率(lǜ),三角(jiǎo)方括(kuò)号表示總(zǒng)體均值。這個功(gōng)率譜的(de)圖形，在(zài)原點處(chù)近乎平(píng)直,然後經過一(yī)個過渡區(qū),在(zài)高頻處與1/λ2成比例(lì)!
但是這并(bìng)不能(néng)細緻(zhì)的刻畫1/f噪(zào)聲的特性,它還和λ有關。設過渡(dù)區的(de)兩個端點(diǎn)值爲λ1和λ2,則功率(lǜ)譜表達(dá)式(shì)爲:
其(qí)中,k是(shì)與流速、濃(nóng)度以及(jí)漿(jiāng)液顆粒形狀有(yǒu)關的(de)系數;a是表征噪(zào)聲1/f特(tè)性的系數(shù)，通常1<a<2;s(w)爲噪聲序(xù)列中(zhōng)噪(zào)聲頻率(lǜ)f的統(tǒng)計幅值;t是(shì)漿液(yè)顆粒沖撞(zhuàng)電極(jí)的(de)間隔時(shí)間。
假設y=log10,s(ɷ),b=log10,k,kx=a*log10t,則統計(jì)功率(lǜ)譜(pǔ)在對數(shù)坐标系下,可将(jiāng)漿液噪(zào)聲等效成y==b+kx。y正比于統計(jì)幅(fú)值,b正比(bǐ)于流速和(hé)濃度(dù),k爲漿液固有(yǒu)系數,表(biǎo)征不(bú)同(tóng)種(zhǒng)類的(de)漿液。
漿液(yè)噪聲(shēng)的幅值va符合高(gāo)斯分布，且高斯分布(bù)的均(jun1)值μ和方差(chà)σ與b和k有關(guān)。即高(gāo)斯分布的均(jun1)值增大(dà)，等效直線(xiàn)斜率(lǜ)增大(dà)，截距減小(xiǎo);高斯(sī)分布的(de)方差增(zēng)大,等(děng)效直線斜率(lǜ)減(jiǎn)小,截距增(zēng)大;幅值倍數(shù)增大,截距(jù)增大。
4實驗驗證
根據以(yǐ)上關系,設計一(yī)種漿液噪(zào)聲msury,此(cǐ)噪聲由(yóu)功(gōng)率譜(pǔ)統計特(tè)性拟合(hé)的直線符合斜(xié)率爲(wèi)k=-1.9,截距爲b=-52。噪聲(shēng)各頻(pín)段斜率(lǜ)相近,整體(tǐ)波形随機曲(qǔ)折(shé)。
設△=1.37*10-3(s),n=30,mj=100,由(yóu)以上(shàng)構(gòu)造(zào)方法(fǎ)可得(dé)時間序列(liè)ndis，将離散的時間(jiān)點ndis線(xiàn)性化，即時(shí)間累積得到
實(shí)驗結(jié)果(guǒ)如(rú)表1,data1和(hé)data2爲實際噪聲測得的(de)數據(jù)。
5結束(shù)語
通過分(fèn)析漿(jiāng)液噪(zào)聲,可以得(dé)到以(yǐ)下(xià)結(jié)論:.
1)根(gēn)據漿(jiāng)液噪聲的(de)頻譜特(tè)性的分(fèn)析,此模型可用于在--定.頻譜範(fàn)圍内近似(sì)代替(tì)實際漿液噪聲;
2)漿液(yè)噪聲在對(duì)數坐标下，呈現(xiàn)1/f的特(tè)性,濃度增(zēng)加或者流(liú)速增(zēng)加,曲線(xiàn)上移,濃(nóng)度(dù)下降或(huò)者流(liú)速降低,曲線下移;低頻噪聲能量高于高頻噪(zào)聲，高頻段比低頻段豐(fēng)富。
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