電磁流量計(jì)信號及其噪聲特征分析與信號去噪算法

電磁流量計(jì)是一種基于法拉*電磁感應(yīng)定律來測量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表，它輸出的微弱信號常被復(fù)雜的干擾所覆蓋．傳統(tǒng)信號處理電路配置硬件濾波器來濾除流量信號中的高頻干擾，但硬件電路存在元件的非理想化會(huì)引入其他噪聲和不能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)兩個(gè)弊端．

針對硬件電路的不足引入了小波變換和MATLAB相結(jié)合的去噪算法．相比于傳統(tǒng)傅里葉變換，小波變換在去除掉高頻噪聲的同時(shí)保留了信號的高頻成分，其分辨率分析具有良好的時(shí)頻特性．國內(nèi)外學(xué)者們針對電磁流量計(jì)信號，提出了不同的去噪方法對其進(jìn)行處理分析．用Haar小波對染噪信號進(jìn)行不同尺度的濾波，可以得到較好的去噪效果；通過對漿液噪聲的分析建模確立電磁流量計(jì)克服漿液噪聲的有效方案，對漿液測量有促進(jìn)作用；劉海波等使用MATLAB和FDA　TOOL等工具設(shè)計(jì)了工頻陷波器，仿真表明該濾波器能很好消除某一固定頻率的工頻干擾，提高了電磁流量計(jì)的測量精度．田猛等采用小波閾值去噪方法，將信噪比與均方根誤差作為去噪效果的評價(jià)指標(biāo)，并分析了小波基、閾值確定規(guī)則和分解尺度對去噪效果的影響．Wu等提出了一種遺傳自適應(yīng)閾值法，它利用不同信號的MSE函數(shù)的估計(jì)函數(shù)得到*小MSE意義下的*優(yōu)閾值．Liu等分析了軟硬閾值函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足，通過對噪聲方差估計(jì)算法和改進(jìn)的小波閾值函數(shù)的分析，提出了一種新的小波閾值去噪方法．周真等通過對流量計(jì)*間信號建模來分離干擾信號和流量信號．在傳統(tǒng)電磁流量計(jì)勵(lì)磁的基礎(chǔ)上，黃志堯等采用矩形波勵(lì)磁來消除*化電壓干擾和工頻干擾．謝仕宏等利用改變勵(lì)磁頻率和改變勵(lì)磁方式，來克服電化學(xué)干擾．李斌等提出了一種反饋式信號放大處理方法，使得流量信號在放大的過程中受到*小的干擾．以上方法能夠有效去除信號干擾，但還存在許多待解決的問題，并沒有廣泛性．本研究引入一種改進(jìn)的新閾值函數(shù)對電磁流量計(jì)輸出的傳感信號進(jìn)行去噪處理，經(jīng)實(shí)驗(yàn)仿真表明，這種方法對電磁流量計(jì)數(shù)據(jù)降噪效果顯著，為提取較為純凈的電磁流量計(jì)信號提供了參考．

1 電磁流量計(jì)信號及其噪聲特征分析

電磁流量計(jì)在其使用過程中會(huì)受到各個(gè)方面的干擾產(chǎn)生各種噪聲，具體噪聲模型如下：

在眾多噪聲中，工頻干擾通過采集數(shù)據(jù)對相位的選取可以消除，微分干擾只出現(xiàn)在勵(lì)磁變化處，當(dāng)勵(lì)磁不變時(shí)，不存在微分干擾．低頻同相干擾可以忽略不計(jì)．電化學(xué)干擾頻帶很寬，在低頻和高頻都有．

2 電磁流量計(jì)信號去噪算法模型

2.1 小波變換閾值降噪方法基本原理

傳統(tǒng)的硬閾值函數(shù)去噪方法和軟閾值函數(shù)去噪方法，其應(yīng)用也*廣，但不可忽視其缺點(diǎn)．

1）硬閾值函數(shù)

硬閾值算法由于自身不連續(xù)的缺點(diǎn)，在去噪時(shí)產(chǎn)生“偽吉布斯現(xiàn)象”，丟失了許多原始信息．

2）軟閾值函數(shù)

軟閾值處理后的小波系數(shù)與理論的小波系數(shù)存在固定誤差，容易造成高頻有用信息的遺失．

2.2 新型小波降噪方法閾值函數(shù)及閾值選取

許多學(xué)者對軟、硬閾值函數(shù)采用改進(jìn)算法．但這些閾值函數(shù)都是基于傳統(tǒng)的閾值函數(shù)，仍然存在平滑度低且高階不可導(dǎo)的不足．針對這些閾值函數(shù)的不足，本文選取了一種含有不同未知數(shù)的閾值函數(shù)，該閾值函數(shù)不僅介于軟、硬閾值函數(shù)中間，同時(shí)集成了它們的優(yōu)點(diǎn)，且添加了平滑過渡區(qū)．以此來解決傳統(tǒng)兩種閾值函數(shù)的不足．引入的新閾值函數(shù)如下：