摘(zhai)要:電磁流(liu)量計在測(ce)量漿液時(shi)，會受到漿(jiang)液噪聲的(de)幹擾,這種(zhong)幹擾是影(ying)✉️響流量✌️測(ce)量等指标(biao)的主要影(ying)響因素。由(you)大量實驗(yan)得知,漿液(ye)噪聲符合(he)1/f噪聲特性(xing),通過對1/f噪(zao)聲的✂️理論(lun)分析和數(shu)學計算,可(ke)以得到漿(jiang)液🍓噪聲的(de)數學模型(xing)。最後🐪綜合(he)漿液的物(wu)理特性,可(ke)以得到參(can)數可控的(de)漿液噪聲(sheng)的仿真模(mo)🔞型，該模型(xing)對🐇噪聲和(he)電磁流量(liang)計設計都(dou)具有一定(ding)的實際價(jia)值。
漿液型(xing)電磁流量(liang)計的測量(liang)通道是一(yi)段段光滑(hua)的直管段(duan),不會堵塞(sai),非常适🐕用(yong)于測🧑🏾🤝🧑🏼量含(han)有固體的(de)固液兩相(xiang)流體，且電(dian)磁流量計(ji)在檢測時(shi)不會帶來(lai)壓力等外(wai)力作用,所(suo)以節能效(xiao)果好"。電磁(ci)流量計采(cai)用🌍法拉第(di)電磁感應(ying)定律作爲(wei)設計原理(li)，測量的體(ti)積流量基(ji)本.上不受(shou)流✏️體的密(mi)度、溫⁉️度、壓(ya)力、粘度和(he)電導率變(bian)化的明顯(xian)影⛷️響,且其(qi)口徑🈲範🔆圍(wei)選擇餘地(di)大,流量測(ce)量範圍寬(kuan),也💃🏻可用于(yu)測量具有(you)腐蝕性的(de)液體。
電磁(ci)流量計在(zai)測量液體(ti)時，兩個電(dian)極與被測(ce)液體相🌏接(jie)觸㊙️,這樣可(ke)以更正确(que)地測量由(you)于外加激(ji)勵而産生(sheng)的電💁荷偏(pian)移。流速爲(wei)V的流體在(zai)外加磁場(chang)的情況下(xia),切🛀🏻割磁力(li)線,向兩個(ge)電極🔱方向(xiang)移動,形成(cheng)電勢差E。但(dan)是在接觸(chu)過程中,被(bei)測液體中(zhong)混合的大(da)小質😘量不(bu)均的固🏃🏻♂️體(ti)顆粒在流(liu)體運動中(zhong)，随機的沖(chong)撞電💃極，使(shi)得輸出信(xin)🏃号出現頻(pin)繁的跳動(dong),這種現象(xiang)叫做漿狀(zhuang)流體噪聲(sheng)，即漿液噪(zao)聲。
1.1/f噪聲的(de)宏觀解釋(shi)
漿液内部(bu)含有大量(liang)的紙漿或(huo)砂漿等大(da)小不均的(de)固體顆粒(li),漿🤩液流動(dong)時,這些顆(ke)粒會沖撞(zhuang)到電磁流(liu)♊量計的測(ce)量電極上(shang),使得測量(liang)電極産生(sheng)一個突變(bian)信号，大♈量(liang)的突變信(xin)号擾亂了(le)正常的測(ce)量信号,原(yuan)🏃🏻♂️本應該平(ping)❓滑的感應(ying)🌂電勢疊加(jia).上噪聲,使(shi)得流量測(ce)🈲量産生偏(pian)差🔴'5]。将漿液(ye)噪聲從流(liu)量信号裏(li)抽離出來(lai),并從頻域(yu)的角度分(fen)析可知,漿(jiang)液噪聲的(de)功率譜密(mi)🛀度符合1/f噪(zao)聲特性，即(ji)信号的功(gong)率譜能量(liang)分布和頻(pin)率成反比(bi)。功率譜分(fen)🏃♂️析表明漿(jiang)液噪聲的(de)頻率分布(bu)很寬,幹擾(rao)的增益随(sui)着😘頻率的(de)升高而降(jiang)低。圖1爲不(bu)含流量信(xin)号的漿液(ye)噪聲時域(yu)圖及其對(dui)📞應的功率(lü)譜密度圖(tu)。
對于1/f噪聲(sheng)的研究,現(xian)階段常用(yong)的有兩種(zhong)方法:一種(zhong)是,首先産(chan)生随機白(bai)噪聲,再把(ba)白噪聲通(tong)過-一個高(gao)☀️通濾波器(qi)經過🌐濾波(bo)的噪聲可(ke)以近似看(kan)作是1/f噪聲(sheng)🙇♀️;另一種🔞是(shi),用狀💃🏻态機(ji)的方法經(jing)💜過複雜🌈的(de)運算得到(dao)，或者用--種(zhong)需要複雜(za)方法的模(mo)型得出1/f噪(zao)聲。
2.1/f噪聲的(de)統計解釋(shi)
1/f噪聲在很(hen)多自然系(xi)統中都有(you)出現，近些(xie)年來越來(lai)越多的人(ren)都⭕試圖用(yong)數學分析(xi)的方法解(jie)釋這種現(xian)象，但🔞是所(suo)有的研究(jiu)⛱️都.還未達(da)成統一,但(dan)是有一個(ge)共性是公(gong)認的,
.下面(mian)是本文對(dui)1/f的一種解(jie)釋。
則漿液(ye)沖撞電極(ji)的随機過(guo)程爲計數(shu)過程，若N(t)表(biao)示👣時刻t爲(wei)止累🈲計的(de)質點數量(liang),則此過程(cheng)滿足以下(xia)條件:
1)N(t)≥0;
2)N(t)是正(zheng)整數;
3)若s<t,則(ze)N(s)<N(t);
4)當s<t,N(t)-N(s)等于區(qu)間(s,t]中質點(dian)的數量。
由(you)此可知,漿(jiang)液沖撞電(dian)極産生的(de)噪聲，符合(he)泊松過❓程(cheng),定義爲:
其(qi)中n是平均(jun)脈沖率,三(san)角方括号(hao)表示總體(ti)均值。這個(ge)功率譜的(de)圖形，在原(yuan)點處近乎(hu)平直,然後(hou)經過一個(ge)過渡區,在(zai)高頻處與(yu)1/λ2成比例!
但(dan)是這并不(bu)能細緻的(de)刻畫1/f噪聲(sheng)的特性,它(ta)還和λ有💁關(guan)。設💞過渡區(qu)的兩個端(duan)點值爲λ1和(he)λ2,則功率譜(pu)表達式爲(wei):
其中,K是與(yu)流速、濃度(du)以及漿液(ye)顆粒形狀(zhuang)有關的系(xi)數;a是表征(zheng)噪聲1/f特性(xing)的系數，通(tong)常1<a<2;S(w)爲噪聲(sheng)序列中噪(zao)‼️聲頻🈲率f的(de)統計幅值(zhi);T是漿液顆(ke)粒沖撞電(dian)極的間隔(ge)時間。
假設(she)y=log10,S(ɷ),b=log10,K,kX=a*log10T,則統計功(gong)率譜在對(dui)數坐标系(xi)下,可将漿(jiang)液噪聲等(deng)效成Y==b+kX。Y正比(bi)于統計幅(fu)值,b正比于(yu)流速和濃(nong)度,k爲漿液(ye)固有系數(shu),表征不同(tong)種類的漿(jiang)液。
漿液噪(zao)聲的幅值(zhi)VA符合高斯(si)分布，且高(gao)斯分布的(de)均值μ和方(fang)差σ與b和k有(you)關。即高斯(si)分布的均(jun)值增大，等(deng)效直線♊斜(xie)率增大❓，截(jie)距減小🌂;高(gao)斯分布的(de)方差增大(da),等效直線(xian)😄斜率減小(xiao),截距增大(da);幅值倍數(shu)增大,截距(ju)增大。
4實驗(yan)驗證
根據(ju)以上關系(xi),設計一種(zhong)漿液噪聲(sheng)Msury,此噪聲由(you)功率譜統(tong)計🥰特性拟(ni)合的直線(xian)符合斜率(lü)爲k=-1.9,截距爲(wei)b=-52。噪聲🔆各頻(pin)段斜率相(xiang)近,整體波(bo)形随機曲(qu)折。
設△=1.37*10-3(s),n=30,mj=100,由以(yi)上構造方(fang)法可得時(shi)間序列Ndis，将(jiang)離散的時(shi)間點Ndis線性(xing)化，即時間(jian)累積得到(dao)
實驗結果(guo)如表1,Data1和Data2爲(wei)實際噪聲(sheng)測得的數(shu)據。
5結束語(yu)
通過分析(xi)漿液噪聲(sheng),可以得到(dao)以下結論(lun):.
1)根據漿液(ye)噪聲的頻(pin)譜特性的(de)分析,此模(mo)型可用于(yu)在--定.頻譜(pu)範圍内近(jin)似代替實(shi)際漿液噪(zao)聲;
2)漿液噪(zao)聲在對數(shu)坐标下，呈(cheng)現1/f的特性(xing),濃度增加(jia)或者流速(su)增加,曲線(xian)上移,濃度(du)下降或者(zhe)流速降低(di),曲線下移(yi);低頻噪聲(sheng)能量高于(yu)高頻噪聲(sheng)，高頻段比(bi)低頻段豐(feng)富。
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