摘要:傳統電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計 采用硬件濾(lǜ)波方式去除(chú)噪聲,但由(yóu)于采用(yòng)硬件濾波消噪的能(néng)力與器件的動态調(diào)節相互矛(máo)盾,且硬件(jiàn)電路元件的非理想化(huà)必然會(huì)混入其他(tā)噪聲(shēng).爲了(le)彌補硬件(jiàn)濾波的(de)缺點，采(cǎi)用了軟件去噪(zào)算法，該(gāi)算法基于小波消噪原(yuán)理.爲有效去除電磁流(liú)量計輸(shū)出信号中(zhōng)的幹(gàn)擾信(xìn)号(hào)，提高數(shù)據處(chù)理的穩定(dìng)性(xìng)和數據的精(jīng)度,在結合傳統(tǒng)軟、硬阈值函數(shù)的不足的基礎(chǔ)上,引(yǐn)入了一種(zhǒng)新阈值函(hán)數,且(qiě)在傳統信(xìn)噪比(bǐ)、均方誤差(chà)等單(dān)一評價(jià)标準的(de)基礎上引入了(le)一(yī)種(zhǒng)綜合評價(jià)标準(zhǔn)對去(qù)噪效(xiào)果進(jìn)行評(píng)估,采(cǎi)用matlab工(gōng)具(jù)箱對去噪結果進行了(le)仿真.結果表明(míng)，相比(bǐ)傳(chuán)統小(xiǎo)波消噪方法，改進(jìn)的小波阈(yù)值去(qù)噪方(fāng)法(fǎ)對抑制電磁(cí)流量計信(xìn)号中(zhōng)的各(gè)種噪聲幹擾(rǎo)有更好效果.
　　電磁流量(liàng)計是一種(zhǒng)基于(yú)法拉第(dì)電磁感(gǎn)應定律來測量(liàng)管内導電(diàn)介質體積流(liú)量(liàng)的感(gǎn)應式(shì)儀表(biǎo),它輸出的微弱信号(hào)常被複雜(zá)的幹擾所覆(fù)蓋.傳統(tǒng)信号處理電路(lù)配置(zhì)硬件濾波(bō)器來濾除(chú)流量(liàng)信号(hào)中的高(gāo)頻(pín)幹擾,但(dàn)硬(yìng)件電路存在(zài)元件的(de)非理想化(huà)會引(yǐn)人其他噪聲和(hé)不能(néng)動态(tài)調節(jiē)兩個(gè)弊端(duān).
　　針對(duì)硬件電(diàn)路(lù)的不(bú)足引(yǐn)人了小波(bō)變(biàn)換和matlab相結合(hé)的去(qù)噪算法.相(xiàng)比于傳(chuán)統(tǒng)傅裏葉變(biàn)換(huàn),小波變(biàn)換在去除(chú)掉高頻(pín)噪(zào)聲(shēng)的(de)同時(shí)保留了信号(hào)的高頻成分(fèn),其分辨率分析具有(yǒu)良好的時頻特(tè)性.國(guó)内外學者們針對(duì)電磁流(liú)量計(jì)信号,提出(chū)了不同(tóng)的去噪方法對其進行處理分析.用haar 小(xiǎo)波對染噪信(xìn)号(hào)進行(háng)不(bú)同(tóng)尺度(dù)的濾波,可以得(dé)到較(jiào)好的去噪(zào)效果0-2;通過對漿(jiāng)液噪(zào)聲的(de)分析建模确(què)立(lì)電磁流量(liàng)計克服漿(jiāng)液噪(zào)聲的有效方案,對漿液測(cè)量有促進作(zuò)用。本研(yán)究引(yǐn)入一(yī)種改進的(de)新阈(yù)值函數對(duì)電磁(cí)流量計(jì)輸出的(de)傳感信号進(jìn)行(háng)去噪處理(lǐ),經實(shí)驗仿真表明,這(zhè)種方(fāng)法(fǎ)對(duì)電磁流量(liàng)計數據降(jiàng)噪效(xiào)果顯著,爲(wèi)提取較爲純淨(jìng)的電磁流量計(jì)信号(hào)提(tí)供(gòng)了參(cān)考.
1電磁流(liú)量計信号(hào)及其噪聲(shēng)特征分(fèn)析(xī)
　　電磁(cí)流量(liàng)計在(zài)其使(shǐ)用過(guò)程中(zhōng)會受(shòu)到各個方面的(de)幹擾産生(shēng)各(gè)種(zhǒng)噪聲,具(jù)體噪聲(shēng)模型如(rú)下:
 
ec爲工(gōng)頻幹擾,ed爲電化(huà)學(xué)幹擾(rǎo).
　　在衆多(duō)噪聲中,工頻幹(gàn)擾通過采集數(shù)據對相位的選(xuǎn)取可(kě)以(yǐ)消(xiāo)除,微(wēi)分幹擾隻出現(xiàn)在勵磁變化處，當勵磁(cí)不變時(shí),不存在微分幹(gàn)擾.低頻同相幹(gàn)擾可以忽(hū)略不計.電化學(xué)幹(gàn)擾(rǎo)頻帶很寬(kuān),在低(dī)頻和(hé)高(gāo)頻都有(yǒu).
2電磁流(liú)量(liàng)計信(xìn)号去(qù)噪算法模(mó)型
2.1小波變換阈(yù)值降噪方(fāng)法基(jī)本原理
　　傳(chuán)統的硬閡(hé)值函數去噪方法和(hé)軟阈值函數(shù)去噪方(fāng)法,其(qí)應用(yòng)也極(jí)廣,但不可忽視(shì)其缺點.
1)硬(yìng)阈值函數
 
　　硬阈值算(suàn)法由于(yú)自身不(bú)連續的(de)缺(quē)點,在(zài)去噪時産(chǎn)生“僞吉布(bù)斯現象”,丢失了許多原始(shǐ)信息.
2)軟(ruǎn)阈值(zhí)函(hán)數
 
　　軟阈值(zhí)處理(lǐ)後的(de)小波系數與理(lǐ)論的(de)小波(bō)系數存在固定(dìng)誤差,容易造成高頻有用信息(xī)的遺失.
2.2新型小波降噪方法阈(yù)值函數及阈值(zhí)選取
　　許多學者(zhě)對軟、硬阈(yù)值函(hán)數采(cǎi)用改進算(suàn)法.但(dàn)這些(xiē)阈值函數都是基于(yú)傳統(tǒng)的阈值(zhí)函(hán)數,仍然存(cún)在平(píng)滑度低且高階(jiē)不可(kě)導的不足(zú).針對這(zhè)些(xiē)阈值(zhí)函數(shù)的不(bú)足,本(běn)文選(xuǎn)取了(le)一種含有不同未知(zhī)數的阈值函數(shù),該阈值(zhí)函數不(bú)僅介于軟(ruǎn)、硬阈(yù)值函數(shù)中間,同(tóng)時集成了(le)它們的優點,且(qiě)添加(jiā)了平滑過渡區(qū).以此來解決傳(chuán)統兩種阈(yù)值函(hán)數的不足(zú).引人(rén)的新(xīn)阈值(zhí)函數如下:
 
　　式(shì)中參數(shù)m和n均爲正(zhèng)數,是公式(shì)中的(de)調節因子(zǐ),其用作調(diào)節幅值,可以針(zhēn)對(duì)不(bú)同(tóng)含(hán)噪信(xìn)号,使閡值函數(shù)曲線可以提取(qǔ)去噪效(xiào)果(guǒ)更好(hǎo)的信(xìn)号.采用2m .2m+1諸(zhū)如此類的(de)調節(jiē)參數(shù),其目(mù)的是得到(dào)一(yī)個在阈(yù)值處平滑過渡(dù)的區域,在這個(gè)區(qū)域(yù)内有用信(xìn)号的(de)成(chéng)分會被(bèi)有效的保(bǎo)存，避免被當(dāng)成(chéng)噪聲(shēng)而濾除掉.同時(shí),采用(yòng)和這樣的(de)系數(shù)保證(zhèng)了阈(yù)值函數在閥值(zhí)處的不間斷.新阈值(zhí)函(hán)數(shù)在小于閥值區間内(nèi),漸進最後(hòu)趨于0的曲線,此(cǐ)曲線接近于0但(dàn)不等(děng)于0.
2.3小(xiǎo)波(bō)分解最佳(jiā)尺度和小波(bō)基
2.3.1 分解尺度的(de)确定(dìng)
　　利用基于(yú)信噪(zào)比差值的(de)分解尺度确定(dìng)方法.記小(xiǎo)波x級(jí)分解(jiě)與(yǔ)重(zhòng)構信(xìn)号的信(xìn)噪(zào)比爲(wèi):
 
　　式中,ƒ(i)爲原始信号,`ƒ(i)爲(wèi)去噪後信(xìn)号,n爲(wèi)信号的長(zhǎng)度.
　　運用阈(yù)值函數對給出的含(hán)噪信号進行去噪,求(qiú)出信噪比(bǐ)snrx;再求取snrx+1-snrx,循環多(duō)次改變阈值選(xuǎn)取方(fāng)式，分(fèn)解層(céng)數和小波基函(hán)數,構(gòu)造出(chū)一個差值(zhí)矩陣,通過(guò)比較得出矩陣中每一行的最大值,把最大值(zhí)賦值給相應階(jiē)數的小(xiǎo)波,所對(duì)應的分解層可(kě)認爲優.
2.3.2 小(xiǎo)波基(jī)的選擇(zé)
　　不(bú)同小(xiǎo)波基(jī)性質(zhì)如表1所示.
 
2.3.4小波去噪(zào)效果綜合(hé)評價
　　對平滑(huá)度(dù)和均(jun1)方根誤差這兩個指(zhǐ)标進行簡(jiǎn)單的線性組合(hé),因爲(wèi)變化範(fàn)圍(wéi)不同(tóng),兩(liǎng)個(gè)指标的基數(shù)也不相(xiàng)同,所以容易出現誤差.爲(wèi)了便(biàn)于比較,将它們進行歸一化處(chù)理.具(jù)體計算方(fāng)法如(rú)式
 
　　式(shì)中,k爲(wèi)均(jun1)方根誤(wù)差.本(běn)文采用變異系(xì)數定權法計算(suàn)各個(gè)指标的權(quán)重,過(guò)程如下式(shì)所示(shì):
 
　　式中(zhōng),cv爲各(gè)個指标的(de)變異(yì)系數;w爲均(jun1)方根(gēn)誤差(chà)和平(píng)滑度兩個(gè)指(zhǐ)标按照(zhào)變異系數法得到的(de)權值;σ爲指(zhǐ)标.的标準(zhǔn)差,μ爲(wèi)指标(biāo)的均值.最(zuì)後,利(lì)用線性組(zǔ)合的方法對兩(liǎng)個指标的權(quán)重和歸一化(huà)後的(de)結果線性組合(hé),得到複合評價(jià)指标t,其(qí)表(biǎo)達式(shì)爲:
 
　　其(qí)中,pr爲歸一化後的平(píng)滑度,rmse爲均(jun1)方(fāng)根誤差(chà).根據(jù)歸(guī)--化的原理(lǐ)和(hé)變異(yì)系數(shù)定權法(fǎ)的(de)原理，同時通過(guò)這兩(liǎng)個指标的(de)性質(zhì),分析可知(zhī),在對(duì)小(xiǎo)波去噪效果(guǒ)判定時,複合評(píng)價指标t的值越小越(yuè)好.
3電磁流(liú)量計實(shí)測參數(shù)處(chù)理與分析
　　使(shǐ)用matlab軟件進行仿(páng)真實(shí)驗,對(duì)如下(xià)的原始(shǐ)信(xìn)号進(jìn)行仿真,圖1分别(bié)爲(wèi)原(yuán)始信号和染噪(zào)後的(de)信(xìn)号(hào).表2爲db3小波(bō)基各(gè)分解(jiě)層(céng)數下的(de)不同評(píng)價(jià)指标值.由(yóu)表2不難看(kàn)出，分解層(céng)數爲(wèi)2時,均方根誤差(chà)rmse最小,信(xìn)噪(zào)比snr最大.且當(dāng)分解層數爲2時,綜合指标t最(zuì)小，與實際(jì)情況相(xiàng)符(fú).圖2爲分解層數爲2時(shí)的去噪仿真圖(tú).
 
 
　　表3爲db5小波基各(gè)分解層(céng)數下評價指标值(zhí)、評價(jià)指标(biāo)歸(guī)一(yī)化值(zhí)及綜(zōng)合評價指(zhǐ)标值.由表格可(kě)以看出，當分(fèn)解(jiě)層數(shù)爲2時,均方根誤差(chà)最小，信(xìn)噪比最大(dà),此時(shí)綜(zōng)合指标t最小(xiǎo).因此得出最優(yōu)分解尺(chǐ)度爲2.圖(tú)3爲其去噪後仿(páng)真結果(guǒ).
 
　　表4爲haar小(xiǎo)波基各分解層(céng)數下評價指标值、評價(jià)指标歸(guī)一化(huà)值及綜合評價指标值.由(yóu)表4可以看出，當(dāng)分解層數爲2時(shí),均方(fāng)根誤差最(zuì)小，信噪比最大(dà),此時(shí)綜(zōng)合指标(biāo)t最(zuì)小(xiǎo).因此(cǐ)得出(chū)最優分解尺度(dù)爲2.圖4爲(wèi)其去噪(zào)後仿(páng)真結果.
 
　　表(biǎo)5爲sym5小(xiǎo)波(bō)基各分(fèn)解層數(shù)下評價(jià)指标值、評價指(zhǐ)标歸一化(huà)值及(jí)綜合評價(jià)指标值.由(yóu)表(biǎo)可(kě)以看(kàn)出，當分解層數(shù)爲2時(shí),均(jun1)方根誤差最小，信噪比最大,此(cǐ)時綜合(hé)指标t最小.因此得出(chū)最優分解(jiě)尺度爲2.圖(tú)5爲sym5爲(wèi)小波基去(qù)噪後(hòu)仿真結(jié)果(guǒ).
 
　　表6爲(wèi)coif3小波(bō)基各分解(jiě)層數下(xià)各(gè)種不(bú)同的評價指标(biāo)值.由表可(kě)以看出,當分(fèn)解層數爲2時,均方根誤(wù)差最(zuì)小(xiǎo)，信噪比(bǐ)最大,此時綜合(hé)指标t最小(xiǎo).因此(cǐ)得出(chū)最優(yōu)分解(jiě)尺度爲(wèi)2.圖6爲其(qí)去(qù)噪仿真(zhēn)結果(guǒ).
 
　　表7爲(wèi)sym4小波基各分解層數下各(gè)種評價指标值(zhí).由表可以得出(chū)最優分解(jiě)層次(cì)爲2.圖7爲(wèi)sym4爲小波(bō)基去(qù)噪仿(páng)真結(jié)果.
 
　　表(biǎo)8爲分解尺度下(xià)新(xīn)阈值函(hán)數和傳統軟、硬阈值(zhí)去噪效果(guǒ)對比.
　　根據(jù)上述仿真實(shí)驗,對比(bǐ)表2~7可以得(dé)出,在(zài)選用(yòng)各種小波(bō)基去噪時,無(wú)論(lùn)從單一(yī).指标,還(hái)是綜合(hé)指标t進行去(qù)噪評價時(shí)，在分解(jiě)層(céng)數爲2時,snr達(dá)到最大(dà)值(zhí),rmse達到最小(xiǎo)值,去噪效果(guǒ)達到優(yōu),由此(cǐ)可得出針(zhēn)對此流(liú)量信号(hào)的最佳小(xiǎo)波分(fèn)解尺度爲2;對實(shí)驗數據進行分析可(kě)知,采用此(cǐ)方法去噪仿真時,在分解尺度(dù)爲最優分解尺(chǐ)度2的條件下,采(cǎi)用coif3小(xiǎo)波基可以得到更好地去(qù)噪效果(guǒ).由表8中(zhōng)的各(gè)個參數不(bú)難看出(chū)，運(yùn)用此基于(yú)小波變換(huàn)的方法去噪時,本文(wén)提出的新(xīn)型阈值函(hán)數各(gè)個參數(shù)值(zhí)都比(bǐ)原始的軟(ruǎn)、硬阈值函數(shù)效果好(hǎo)，即新型阈值(zhí)函(hán)數的去噪效果(guǒ)更好，這(zhè)對(duì)電磁(cí)流量(liàng)數據處理(lǐ)具(jù)有實際意義(yì).
 
4結語
　　本文在對(duì)電磁(cí)流量(liàng)計信(xìn)号特征分析的(de)基礎(chǔ)上,确定了一個電磁流量(liàng)計信号處理的新型(xíng)阈值(zhí)函數(shù).通過(guò)理論(lùn)分析(xī)、實驗(yàn)仿真和數(shù)據(jù)處理(lǐ)等(děng)多個(gè)環節,得出以下結論:
1)在使(shǐ)用小(xiǎo)波阈(yù)值函數去(qù)除噪聲時，合理(lǐ)選(xuǎn)取分解層數(shù)、小波基(jī)函(hán)數以(yǐ)及阈值函數等(děng)是去(qù)除(chú)噪(zào)聲同(tóng)時獲(huò)得(dé)更正确(què)的有用(yòng)信(xìn)号的(de)關鍵(jiàn)環節.
2)因爲(wèi)不同含噪信号的噪聲性(xìng)質存(cún)在或(huò)多或少的(de)差(chà)異(yì),所以(yǐ)在處(chù)理含有不(bú)同噪(zào)聲的信号時，選取不同的分解(jiě)層數(shù)、小波基函數和阈(yù)值(zhí)函數(shù)其去噪效果是(shì)有明顯區(qū)别的.對于(yú)分(fèn)解層數(shù)而言(yán),含噪信号(hào)的(de)種類、信噪比(bǐ)的大小和(hé)阈值(zhí)函數都影(yǐng)響着(zhe)最優(yōu)分(fèn)解層的(de)值.除(chú)此之外,我們通過多次仿(páng)真測試(shì)和數據分析不(bú)難發現(xiàn),沒有哪種(zhǒng)小波(bō)基函(hán)數可以針(zhēn)對所有類型的(de)含噪(zào)信号都可以獲得(dé)最優的(de)去噪效果.
3)如果小波(bō)去噪(zào)算法(fǎ)和其(qí)它(tā)去(qù)噪方(fāng)法合(hé)理(lǐ)結合(hé)并不斷完善(shàn),就極有可(kě)能會(huì)達到更好的去噪效(xiào)果.

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