摘要：涡街流量计抗管道振动性能，将数字陷波技术应用于传统应力式涡街流量计，并进行了0.5g以下振动加速度试验，结果表明该方法在0.2g及以下振动加速度情况下可有效改善涡街流量计抗管道振动性能。
0引言
　　涡街流量计因其介质适应性强、无可动部件、结构简单、可靠性高等特点而被广泛使用。而涡街流量计是利用流体经过旋涡发生体后产生的振动进行流量测量的，在管道振动的情况下，涡街流量计无法正常使用［1-5］。
　　以国内外应用最为广泛的应力式涡街流量计为基础，将数字陷波技术应用于其数字信号处理单元，并在气体流量管道振动试验装置上，在相同流速范围内相同振动频率不同振动加速度的管道振动，涡街流量计在管道振动条件下的抗振性能。
1数字陷波
　　在振动信号分析处理中，数字滤波是通过数学运算从所采集的离散信号中选取人们所感兴趣的一部分信号的处理方法。
　　数字陷波是数字滤波的一种，通过数学运算从所采集的离散信号中滤除非期望信号的处理方法，也称为梳状滤波。它的主要作用有滤除测试信号中的噪声或虚假成分、提高信噪比、抑制干扰信号、分离频率分量等。用软件实现数字陷波的优点是系统函数具有可变性，仅依赖于算法结构，并易于获得较理想的滤波性能。陷波器设计的目的是滤去一定范围的频率干扰，但在滤波过程中要求基本不改变其他频率成分，因此，要求陷波滤波器的频率响应如式（1）所示。

　　一个理想的点阻陷波滤波器的频率响应要在消除的信号频率点处，其值等于零；而在其他频率处，其值不为零，且要等于1，其频率响应特性如图1所示。

　　数字滤波的频域方法是利用ＦＦＴ快速算法对输入信号采样数据进行离散傅里叶变换，分析其频谱，根据滤波要求，将需要滤除的频率部分直接设置成零或加渐变过渡频带后再设置成零的方法［６］。将陷波器的设计思想与数字滤波的频域方法相结合，即本文采用的数字陷波的频域方法。
2试验装置
　　气体流量管道振动试验装置结构图如图2所示。为得到压力较稳定的气流，空气压缩机将大气中的空气压缩，注入至稳压储气罐，高温压缩空气经过冷干机冷却除湿后，得到的纯净气体先后流经气路总阀、气动调节阀、涡轮流量计（标准表）、涡街流量计（被校表）后，最终通向大气。选择了具有频率调节（1~400Hｚ）、简易调整加速度（＜20ｇ）/振幅、输出正弦类波形等功能的振动台，将气体管道固定在振动台上，从而实现设定频率下不同振动加速度的管道振动［4］。

　　采用标准表法标定被测涡街流量计的仪表系数，即由涡轮流量计测得的流量值、涡轮流量计表前压力变送器测得的压力值及涡街流量计表前压力变送器测得的压力值便可换算得到流经被测涡街流量计的体积流量（管路中气体温度变化很小，忽略不计）。标准表涡轮流量计的最大允许误差为±1％，内径为50mm，流量范围为5~100m3/h；两个压力变送器的最大允许误差均为±2％。
3管道振动试验及数据分析
　　分别在5，7.5，11，15.5，20.5m/s五个流速，施加竖直方向振动，在振动频率40Hｚ，振动的加速度分别为0.05g，0.1g，0.2g，0.5g的条件下对普通应力式模拟涡街流量计和应用数字陷波技术的涡街流量计在图2所示的气体管道振动试验装置上进行管道振动试验。
　　普通应力式模拟涡街流量计试验数据如表1所示，相对误差曲线如图3所示。应用数字陷波技术的涡街流量计试验数据如表2所示，相对误差曲线如图4所示。
表1模拟涡街流量计抗管道振动试验结果


表2应用数学陷波技术的涡街流量计抗管道振动试验结果



　　由试验数据及相对误差曲线可以看出，普通模拟涡街流量计抗管道振动的性能很差，不考虑其下限流速，振动频率为40Hｚ时只能在0.05g管道振动加速度的情况下正常工作。

　　数字陷波技术的涡街流量计与普通的模拟涡街流量计相比，抗振性能大大提高（最低流速点0.5g振动加速度情况除外）。图中，在流速为5m/s时，数字涡街流量计在40Hｚ、0.5g振动加速度的情况下，相对误差达到38.57％。由表2数据可以看出，出现该问题的原因并非由40Hｚ的振动信号造成，而是由振动信号的三倍频信号造成的。出现倍频信号的原因可以归结为两个方面：1）施振装置本身产生的振动信号并不是纯净的，其中夹杂着设定频率振动信号的倍频信号；2）管道的安装、连接过程中，螺丝的松动、不平衡、不对中等都会使系统产生倍频现象［7］。
　　除了最低流速点处于0.5g振动加速度的情况之外，数字陷波技术的涡街流量计达到了抗0.5g振动加速度的抗振水平。
4小结
　　将数字陷波技术应用于被广泛使用的应力式模拟涡街流量计，对其进行管道振动条件下的测量，与普通的模拟涡街流量计相比，抗振性能大大提高。由试验数据可以看出，在应用数字陷波技术时，不仅需要考虑滤除振动信号，还应考虑滤除振动信号的倍频信号，才能更大范围地拓展涡街流量计的应用领域。

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