[发明专利]振动式流量计特征信号提取方法

说明书

本申请提出一种基于改进集总平均经验模态分解的振动式流量计流量特征信号提取方法。通过波形匹配的自适应端点延拓法对采集到的振动式流量计流量振动信号进行端点延拓处理，用三次B样条法对采集的振动信号进行包络线拟合，然后进行MEEMD分解得到若干IMF分量，对IMF分量和原信号进行相关分析，选择有用的IMF分量，最后对IMF分量进行HHT变换，得到流量信号的Hilbert时频谱和边际谱，即得到振动式流量计流量振动信号的信号特征。本方法适用于工业领域管网流体流量的准确、快速计量。

技术领域

本申请提出一种基于改进集总平均经验模态分解（MEEMD）的振动式流量计特征信号提取方法。

背景技术

振动式流量计是供流管网中的计量关键部件，其能否准确、快速计量对整个供流管网有着重要的影响。在管网供流过程中，振动式流量计的涡街流量信号由流速产生的正弦涡街信号和外界干扰引起的噪声信号组成，当流量较大时，信号幅值较大，信噪比较高，由噪声引起的影响不显著；当流量较小时，信号幅值小，信噪比低，流量信号的波形易发生畸变，所以低流速、小流量测量是振动式流量计发展的瓶颈。可是在工业现场应用中振动式流量计需要满足各种或大或小的在线流量监测，所以振动式流量计一旦不能准确计量，短时间内可引起大量的流体不被统计而流过，导致企业损失，甚至造成严重的工业事故。因此，振动式流量计流量信号特征提取在工业应用中有着重要的意义。

目前，国内外主要采用信号分析与处理的方法来实现流体振动式流量计的流量监测和统计。当管网中的流体通过流体振动式流量计的旋涡发生体时，会因卡门涡街原理而在旋涡发生体的两侧产生两列成对的、旋转方向相反的、交替排列的反对称涡旋，伴随旋涡的产生与脱落，在旋涡发生体的周围和下游的流体将产生有规律的振动。在正常供流过程中，这种由卡门涡街原理而引起的振动是周期性的，由于振动而产生的振动信号也会产生周期性的脉冲，该脉冲的频率就是流体振动信号的频率，并且此频率正比于流体通过旋涡发生体时的平均流速。因此，采集振动式流量计的振动信号，并通过适当的方法来提取信号特征，可以间接地保证振动式流量计准确、快速计量。

目前，振动式流量计常用的信号特征提取方法有小波分析法、FFT的经典谱分析法、、基于DSP的信号处理法、周期图谱分析和基于Burg的现代谱分析法等。小波分析法是一种时频分析法，它可以对信号进行全局分析和局部分析，但这取决于小波基的选择，小波基不同，则信号分析的分辨率就不同，并且选择不同的小波基对应着不同的运算复杂度，所以小波分析对信号的分析具有局限性。FFT的经典谱分析法对涡街流量信号进行采集时采用了单一的采样频率，缺少对高低频率同时适应的能力，并且降低下限的作用不明显。基于DSP的信号处理法虽然具有较高的精度而且实时性较好，但功耗较大，不适合野外流量实时采集，需向集成化、低功耗化方向发展。周期图谱分析和基于Burg的现代谱分析法虽然具有较好的仿真效果，但实际应用时计算精度不够、处理速度较慢，也有待向微型化方向发展。

综上所述，振动信号分析是流体振动式流量计流量监测和统计的有效方法。因此，需要研究一种克服以上问题的自适应信号分析方法。本申请提出了一种基于MEEMD的振动式流量计流量信号特征提取方法,能够有效地对振动信号进行分析，并快速的提取信号特征，在解决了低流速、小流量特征信号不便提取的同时，还提高了特征信号采集的实时性和准确性。

发明内容

本申请提出了一种基于改进集总平均经验模态分解的振动式流量计流量信号特征提取方法，包括传感器布置、信号采集、信号分析和处理、信号特征提取四个模块。通过波形匹配的自适应端点延拓法对采集到的振动式流量计流量振动信号进行端点延拓处理，用三次B样条法对采集的振动信号进行包络线拟合，然后进行MEEMD分解得到若干IMF分量，对IMF分量和原信号进行相关分析，选择有用的IMF分量，最后对IMF分量进行HHT变换，得到流量信号的Hilbert时频谱和边际谱，即得到振动式流量计流量振动信号的信号特征。