[发明专利]一种基于励磁频率高次谐波分析的水煤浆电磁流量计信号处理方法

说明书

本发明为一种基于励磁频率高次谐波分析的水煤浆电磁流量计信号处理方法。针对电磁流量计测量水煤浆流量时，出现测量结果波动大的问题，提出基于励磁频率高次谐波分析的信号处理算法，选取励磁频率高次谐波幅值来计算流量大小，有效地避免了浆液噪声的干扰，并对幅值计算结果进行中位值滤波和滑动平均滤波，实现了水煤浆流量的稳定测量。研制基于DSP的电磁流量计硬件和软件，实时实现信号处理算法。其中，硬件包括励磁驱动模块、信号调理采集模块、数字信号处理与控制模块；软件包括主监控程序、初始化模块、看门狗模块、算法模块、人机接口模块和中断模块。

技术领域

本发明属于流量检测技术领域，特别是一种基于励磁频率高次谐波分析的测量水煤浆流量的电磁流量计信号处理方法。

背景技术

水煤浆是一种由55％～65％的煤粉、34％～43％的水和1％的化学添加剂，经过一定的工艺加工而成的固液混合物，既可作为燃料代替油、气和煤用于发电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉，缓解石油短缺的能源安全问题，又可作为制备合成气的原料，通过气化生成CO、CO₂和H₂等气体，作为工艺过程中的反应气。水煤浆在生产过程中使用煤浆泵输送，在生产时，煤浆泵工作在额定转速下，所以，水煤浆的流速基本保持不变。但是，水煤浆是一种非牛顿流体，并且存在固体颗粒的沉淀，加上流速低，所以，可能会导致煤浆泵堵塞，使煤浆泵出口压力大幅跳动，引起水煤浆流速出现大幅波动，影响正常生产。因此，为了保证产品质量和生产安全，需要监测管道内水煤浆的流速，以及时发现煤浆泵的异常。电磁流量计测量管内不存在阻碍流体的部件，且受密度、粘度影响较小，适宜测量这类高浓度的固液混合物，是水煤浆计量的首选方案。但是，随着水煤浆应用范围扩大，煤质开始发生变化，主要表现为煤的灰分变高，导致只有极少数国外著名厂家的电磁流量计可以实现水煤浆流量的稳定测量，但是，价格非常昂贵，且没有披露技术细节，而多数国外品牌和国内生产的电磁流量计，在管道内水煤浆流量稳定时，都出现了测量结果波动大，甚至测量结果回零的情况，这会导致系统跳车停产事故。因此，解决电磁流量计测量水煤浆时波动较大的问题，不仅能大大减少国内煤化工企业的生产成本，还是保证安全生产的关键。某国外著名厂家的电磁流量计通过选用耐冲刷，耐磨损的增强聚四氟乙烯作为衬里材料、低噪音电极以及抗噪音转换器来降低测量流量的波动。目前，国内外对电磁流量计测量类似纸浆的浆液流量在信号处理方面进行过一定的研究(徐科军，杨双龙，王刚，梁利平，张然，石磊，杨怿兵，一种基于DSP的电磁流量计信号处理系统，发明专利，201010215831.2，申请日：2010.6.30，授权公告日：2012.7.11.)，但是，均没有关于水煤浆测量信号处理方面的参考文献。

发明内容

针对电磁流量计测量水煤浆时出现较大波动、甚至回零的问题，本发明对电磁流量计输出的水煤浆信号进行时域和频域分析，找出电磁流量计不能稳定测量水煤浆流量的原因；根据水煤浆信号特征，提出一种基于励磁频率高次谐波分析的水煤浆流量计信号处理方法；研制基于DSP(数字信号处理器)的电磁流量计变送器，实时实现本发明提出的算法，进行现场验证。

具体的技术解决方案如下：

对于水煤浆流量，电磁流量计一次仪表的输出信号主要由感应电动势信号和电极噪声组成。其中，感应电动势信号是由导电液体切割磁场产生的有用信号，被用来计算流量。电极噪声是水煤浆中的固体颗粒划过电极而引起的信号跳变，也称为浆液噪声。在矩形波励磁方式下，与流量相关的感应电动势信号是由基波和各个奇次倍励磁频率的谐波组成，而提取感应电动势信号就需要包含这些频率点上的信号。通过对水煤浆流量信号进行频谱分析，发现浆液噪声频带较宽，在基波频率点处的幅值较大，甚至将基波淹没。而基波幅值在感应电动势信号中所占的比重又最大，所以，必然导致计算出的流量结果波动剧烈，出现测量不稳定的问题。为此，本发明提出基于励磁频率高次谐波分析的水煤浆信号处理方法，即通过选择励磁频率的高次谐波幅值来计算流量，这是因为励磁频率的高次谐波能够有效地避开浆液噪声的干扰，且其幅值与流量大小也成线性关系。