[发明专利]基于EMD和频谱校正的两相涡街信号处理方法

说明书

本发明涉及一种基于EMD和频谱校正的两相涡街信号处理方法，包括：将原始时域涡街信号进行EMD分解；分别计算各个IMF分量的自相关函数；根据自相关函数衰减的特点，判断噪声与信号起主导作用的模态分界点k，将IMF分量分为噪声为主导(IMF₁～IMF_k)和信号为主导(IMF_k+1～IMF_N)两部分；对噪声占主导的信号IMF₁～IMF_k进行小波软阈值滤波；重构原始信号得到去噪后信号y(t)；对去噪后信号y(t)，通过频谱校正来提高两相涡街的主频提取精度。

技术领域

本发明属于两相流量测量领域，涉及一种基于EMD滤波和频谱校正的两相涡街信号处理方法。

背景技术

两相流动广泛存在于工业生产和日常生活中，其中低含液率工况十分常见，如天然气开采中由于工况改变析出凝析油，从而形成气液两相流(即湿气)[1]，以及由于热量损失、蒸汽发生凝结而形成的汽液两相流(即湿蒸汽)[2]。湿气和湿蒸汽的参数测量(流量、干度等)是过程控制、设备安全运行的重要参数。例如，在热力采油中，向油井注入的高温高压湿蒸汽的干度和流量，对采油效率和能耗有重要影响[3]；对蒸汽透平和核电站的汽轮机中，蒸汽干度严重影响做功效率和叶片寿命[4]。此外，湿蒸汽和湿气的准确计量对于管道输运、贸易结算有重要影响，直接关系到环境保护、能源管理和充分利用。

涡街流量计作为一种速度式流量计，因其测量范围宽、压降小、无可动部分、耐高温高压等特点，被广泛应用于湿气[5]-[6]和湿蒸汽的在线测量[7]-[8]。涡街流量计还可与其他类型的流量计组合使用，进行双参数(流量、干度)的测量[9]-[10]。为提高涡街频率提取精度，人们提出了不同的信号处理方法，如卡尔曼滤波[11]、小波分析[12]、自相关方法[13]、Hilbert-Huang变换[14]等。

上述信号处理方法都是针对单相流体测量，对于单相涡街信号处理都有较好的效果。然而在两相流测量中，受离散液相影响，涡街信号幅值降低、质量下降，且液相产生的水动力噪声与旋涡一同产生，其频率与涡街频率非常接近，因此非常难以消除。此外，在利用FFT进行频率提取时，有限采样点引起的频谱泄露和算法离散引起的栅栏效应，都会影响频率提取精度。因此，从微弱信号中进行有效地特征提取、对信号频谱进行合理校正，是提高两相信号可靠性的关键。

参考文献

[1].ISO,“Measurement of Wet Gas Flow by Means of PressureDifferential Devices Inserted in Circular Cross-section Conduits,”ISO,TR11583,Switzerland,2012.

[2].N Barton，A review of steam flowmeatering technology，London：NEL，2004.

[3].刘雨文,徐宏国.稠油热采注汽系统效率评价研究[J].辽宁石油化工大学学报,2014,34(3):62-66.

[4].李炎锋,王新军,徐廷相,等.蒸汽透平中流动湿蒸汽湿度测量方法的分析与比较[J].汽轮机技术,2000,42(3):156-161.

[5].Hua C,Geng Y.Investigation on the swirlmeter performance in lowpressure wet gas flow[J].Measurement,vol 44(5),pp.881-887,2011.

[6].Stewart,D.The evaluation of dry gas meters in wet gas conditions,DTI NMSD Flow Programme 1999-2002,NEL Report No 2002-100,Noverber 2002.