基于EEMD-Hilbert譜的渦街流量計(jì)尾跡振蕩特性

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1、20t7年2月第43卷第2期北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2017V01．43No．2http：?fbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa÷edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0125基于EEMD-Hilbert譜的渦街流量計(jì)尾跡振蕩特性姚鳳艷1，周天1’2，孫志強(qiáng)1’8(1．中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410083；2．中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410083)摘要：為了研究渦街流量計(jì)尾跡振蕩特征

2、，采用集總經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EEMD)．Hil—bert譜方法，對(duì)測(cè)量介質(zhì)為空氣、流量范圍為10．58～220m3／h的渦街流量計(jì)管壁差壓信號(hào)進(jìn)行處理，首先用EEMD方法對(duì)管壁差壓信號(hào)進(jìn)行分解，得到固有模態(tài)分量，然后對(duì)分解后的各個(gè)分量進(jìn)行Hilbert變換，得到Hilbert譜和邊際譜，進(jìn)而提取管壁差壓信號(hào)的旋渦脫落頻率。比較了Fourier變換與EEMD—Hilbert譜方法在信號(hào)去噪和頻率提取方面的性能。結(jié)果表明：EEMD—Hilbert譜方法可有效去除疊加在實(shí)際渦街成分之中的噪聲，能夠較完整保留尾跡振蕩的固有成分；在流量較低時(shí)，EEMD—Hilbert譜方法對(duì)尾跡振蕩頻率

3、的提取精度比Fourier變換高30％以上，有效拓展了渦街流量計(jì)的測(cè)量下限；通過(guò)計(jì)算能量比，揭示了EEMD．Hilbert譜方法提高頻率提取精度的原因，即EEMD—Hilbert譜方法降低了信噪比；Hilbert譜直觀表示信號(hào)的時(shí)間一頻率一能量關(guān)系。關(guān)鍵詞：渦街流量計(jì)；尾跡振蕩；集總經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EEMD)；Hilbert變換；去噪中圖分類號(hào)：TH814；TK313文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001—5965(2017)02．0395．08渦街流量計(jì)是一類常用的流量測(cè)量?jī)x表，廣泛用于氣體、液體和蒸汽的測(cè)量，具有量程大、精度高、無(wú)可動(dòng)部件、可靠性強(qiáng)及使用方便等特點(diǎn)¨’31。渦街

4、流量計(jì)的測(cè)量原理為：一定條件下非流線形的旋渦發(fā)生體誘發(fā)尾跡流體發(fā)生周期性的振蕩，該振蕩的頻率與流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體流量成正比，因此準(zhǔn)確提取尾跡振蕩信號(hào)是渦街流量計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵”?。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于設(shè)備振動(dòng)及環(huán)境噪聲的存在，渦街流量計(jì)尾跡振蕩信號(hào)中不可避免地會(huì)混有一定程度的噪聲，為了準(zhǔn)確地獲得渦街流量計(jì)的尾跡振蕩特性，需采用合適的信號(hào)處理方法對(duì)渦街流量計(jì)的尾跡振蕩信號(hào)進(jìn)行篩選和提取。目前常用的信號(hào)處理方法主要有Fourier變換’7。、小波變換¨?、Wigner．Ville分布¨引等，但這些方法均存在一定的弊端，如Fourier變換無(wú)法同時(shí)兼顧信號(hào)在時(shí)域和頻域的全貌和局

5、部化特性；小波變換的小波窗不具有自適應(yīng)性；Wigner．Ville分布對(duì)多分量信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)存在強(qiáng)烈的交叉項(xiàng)干擾。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EmpiricalModeDecomposi—tion，EMD)¨1‘“1是一種新型的時(shí)頻分析方法，能夠?qū)⑿盘?hào)分解為若干固有模態(tài)函數(shù)(IntrinsicModeFunction，IMF)，具有自適應(yīng)性、正交性及完備性的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于能源、化工、醫(yī)療、氣象等領(lǐng)域。樊辰陽(yáng)等¨副采用EMD方法對(duì)信號(hào)中混雜的干擾噪聲進(jìn)行濾除，提取出真實(shí)的渦街成分，通過(guò)對(duì)在線渦街流量信號(hào)進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證了該方法的有效性。Sun和Zhang。12J結(jié)合EMD方法對(duì)渦街流

6、量計(jì)中原始信號(hào)分解的結(jié)果，提取各固有模態(tài)函數(shù)的能量比，分析流動(dòng)中的擾動(dòng)對(duì)渦收稿日期：2016-024)6；錄用日期：2016-06-12；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：20164)94)615：32網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160906．1532．004．html基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51576213)；中南大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2015zzts203)十通訊作者：E-mail：zqsun@CSU．edu．cn引用格式：姚鳳艷，周天，孫志強(qiáng)．基于EEMD-Hilbert譜的竭街流量計(jì)尾跡振蕩特性Ⅳj．北京航空

7、航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，43(2)395-402．YAOFY，ZHOUT，SUNZQ．VonexflowmeterwakefluctuationcharacteristicsbasedonEEMD-Hilbenspectrum[JJJournalofBeOingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(2)：395·402(inChinese)．396北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)街流量計(jì)測(cè)量性能的影響。Mao等。14o基于EMD方法，通過(guò)建立模型，經(jīng)4步即可模擬非平穩(wěn)車輛