摘要:電磁流量計在測量漿液時，會受到漿液噪聲的干擾,這種干擾是影響流量測量等指標的主要影響因素。由大量實驗得知,漿液噪聲符合1/f噪聲特性,通過對1/f噪聲的理論分析和數(shù)學計算,可以得到漿液噪聲的數(shù)學模型。最后綜合漿液的物理特性,可以得到參數(shù)可控的漿液噪聲的仿真模型，該模型對噪聲和電磁流量計設(shè)計都具有一定的實際價值。
漿液型電磁流量計的測量通道是一段段光滑的直管段,不會堵塞,非常適用于測量含有固體的固液兩相流體，且電磁流量計在檢測時不會帶來壓力等外力作用,所以節(jié)能效果好"。電磁流量計采用法拉第電磁感應(yīng)定律作為設(shè)計原理，測量的體積流量基本.上不受流體的密度、溫度、壓力、粘度和電導率變化的明顯影響,且其口徑范圍選擇余地大,流量測量范圍寬,也可用于測量具有腐蝕性的液體。
電磁流量計在測量液體時，兩個電極與被測液體相接觸,這樣可以更正確地測量由于外加激勵而產(chǎn)生的電荷偏移。流速為V的流體在外加磁場的情況下,切割磁力線,向兩個電極方向移動,形成電勢差E。但是在接觸過程中,被測液體中混合的大小質(zhì)量不均的固體顆粒在流體運動中，隨機的沖撞電極，使得輸出信號出現(xiàn)頻繁的跳動,這種現(xiàn)象叫做漿狀流體噪聲，即漿液噪聲。
1.1/f噪聲的宏觀解釋
漿液內(nèi)部含有大量的紙漿或砂漿等大小不均的固體顆粒,漿液流動時,這些顆粒會沖撞到電磁流量計的測量電極上,使得測量電極產(chǎn)生一個突變信號，大量的突變信號擾亂了正常的測量信號,原本應(yīng)該平滑的感應(yīng)電勢疊加.上噪聲,使得流量測量產(chǎn)生偏差'5]。將漿液噪聲從流量信號里抽離出來,并從頻域的角度分析可知,漿液噪聲的功率譜密度符合1/f噪聲特性，即信號的功率譜能量分布和頻率成反比。功率譜分析表明漿液噪聲的頻率分布很寬,干擾的增益隨著頻率的升高而降低。圖1為不含流量信號的漿液噪聲時域圖及其對應(yīng)的功率譜密度圖。
對于1/f噪聲的研究,現(xiàn)階段常用的有兩種方法:一種是,首先產(chǎn)生隨機白噪聲,再把白噪聲通過-一個高通濾波器經(jīng)過濾波的噪聲可以近似看作是1/f噪聲;另一種是,用狀態(tài)機的方法經(jīng)過復(fù)雜的運算得到，或者用--種需要復(fù)雜方法的模型得出1/f噪聲。
2.1/f噪聲的統(tǒng)計解釋
1/f噪聲在很多自然系統(tǒng)中都有出現(xiàn)，近些年來越來越多的人都試圖用數(shù)學分析的方法解釋這種現(xiàn)象，但是所有的研究都.還未達成統(tǒng)一,但是有一個共性是公認的,
.下面是本文對1/f的一種解釋。
則漿液沖撞電極的隨機過程為計數(shù)過程，若N(t)表示時刻t為止累計的質(zhì)點數(shù)量,則此過程滿足以下條件:
1)N(t)≥0;
2)N(t)是正整數(shù);
3)若s<t,則N(s)<N(t);
4)當s<t,N(t)-N(s)等于區(qū)間(s,t]中質(zhì)點的數(shù)量。
由此可知,漿液沖撞電極產(chǎn)生的噪聲，符合泊松過程,定義為:
其中n是平均脈沖率,三角方括號表示總體均值。這個功率譜的圖形，在原點處近乎平直,然后經(jīng)過一個過渡區(qū),在高頻處與1/λ2成比例!
但是這并不能細致的刻畫1/f噪聲的特性,它還和λ有關(guān)。設(shè)過渡區(qū)的兩個端點值為λ1和λ2,則功率譜表達式為:
其中,K是與流速、濃度以及漿液顆粒形狀有關(guān)的系數(shù);a是表征噪聲1/f特性的系數(shù)，通常1<a<2;S(w)為噪聲序列中噪聲頻率f的統(tǒng)計幅值;T是漿液顆粒沖撞電極的間隔時間。
假設(shè)y=log10,S(ɷ),b=log10,K,kX=a*log10T,則統(tǒng)計功率譜在對數(shù)坐標系下,可將漿液噪聲等效成Y==b+kX。Y正比于統(tǒng)計幅值,b正比于流速和濃度,k為漿液固有系數(shù),表征不同種類的漿液。
漿液噪聲的幅值VA符合高斯分布，且高斯分布的均值μ和方差σ與b和k有關(guān)。即高斯分布的均值增大，等效直線斜率增大，截距減小;高斯分布的方差增大,等效直線斜率減小,截距增大;幅值倍數(shù)增大,截距增大。
4實驗驗證
根據(jù)以上關(guān)系,設(shè)計一種漿液噪聲Msury,此噪聲由功率譜統(tǒng)計特性擬合的直線符合斜率為k=-1.9,截距為b=-52。噪聲各頻段斜率相近,整體波形隨機曲折。
設(shè)△=1.37*10-3(s),n=30,mj=100,由以上構(gòu)造方法可得時間序列Ndis，將離散的時間點Ndis線性化，即時間累積得到
實驗結(jié)果如表1,Data1和Data2為實際噪聲測得的數(shù)據(jù)。
5結(jié)束語
通過分析漿液噪聲,可以得到以下結(jié)論:.
1)根據(jù)漿液噪聲的頻譜特性的分析,此模型可用于在--定.頻譜范圍內(nèi)近似代替實際漿液噪聲;
2)漿液噪聲在對數(shù)坐標下，呈現(xiàn)1/f的特性,濃度增加或者流速增加,曲線上移,濃度下降或者流速降低,曲線下移;低頻噪聲能量高于高頻噪聲，高頻段比低頻段豐富。
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