渦街流量計以其獨特的優點成為80 ^90年代發展最為迅速的流量測量儀表之一，其應用前景非常廣泛。目前，該儀表的研究熱點之一是探討在噪聲中提取流量信息的數字處理方法。國內生產渦街流量計的企業有二、三十家，大多產品雖采用了51系列的單片機，但僅用于參數設置和補償，表征流速的頻率仍用硬件電路測試、計算。即由渦街感測器得到的信號，經過電路的放大、濾波、整形、計算，輸出脈沖頻率信號和標準的模擬信號，以顯示被測介質的累計和瞬時流量。用硬件電路計算頻率，實時性好。但流量計安裝在管道中，與管道相聯系的各種振動源所產生的干擾會疊加在流量計的輸出信號上，可能導致誤觸發，造成測量誤差。在低頻段，這一問題更為突出。人們通過規定下限截止頻率，限制量程比來解決此問題。例如，口徑為25mm的流量計，測量氣體時，下限截止頻率定為56Hz。對此，有關專家提出發揮單片機的作用，采用軟件，以譜分析方法來計算頻率值。隨著微處理器的發展，這一新技術將得到普遍應用。在運用中首先要解決兩個基本問題:一是具體選擇哪種譜分析算法，以滿足準確性和實時性的要求;二是怎樣克服流量發生、標定中的困難，充分考慮實際噪聲問題，減少研制中的盲目性，縮短研制周期。為此，本文采用仿真方法，編制信號發生器程序，模擬流量計輸出信號和各種噪聲;用高級語言實現不同的譜分析算法，比較其特點，討論其結果。進行這樣的研究方便、靈活、省時，可在較大范圍內擇優，為用微處理器實現具體的裝置提供有益的參考。

　　二、信號和噪聲的產生

　　在理想情況下，http://.輸出信號為正弦。但實際上，渦街信號中含有較復雜的噪聲成份。噪聲的頻率、幅值及變化規律因現場使用條件而不同。例如，有流體流動噪聲、流體低頻擺動噪聲、機械振動噪聲等。這樣，渦街流量計的輸出信號由兩部分組成:一是流速產生的渦街信號;二是干擾引起的噪聲信號。

　　正弦信號的產生十分容易，關鍵是如何產生各種分布的白噪聲來模擬實際噪聲情況，為方便起見，下面把不同分布的白噪聲統稱為隨機數。理論上講，只要有一種具有連續分布的隨機數，就可以通過函數變換的方法產生其它任意分布的隨機數。本文采用乘同余法產生（0，1）均勻分布的隨機數。用如下的遞推同余式產生正整序列(xi):

正弦信號疊加正態分布隨機噪聲的情形如圖1所示。

　　三、經典譜計算法

　　1.基本原理

　　采用以快速傅里葉變換(FFT)為代表的經典譜分析方法計算渦街流量計輸出信號的功率譜。把時間歷程x(t)限制在有限時間區間(0,T)內，頻率f處的功率譜密度函數的原始估計為:

　　2.計算結果

　　(2)設f信=100Hz,N=256，當周期數改變時，所計算的頻率值，見表2所示，表中的(采樣時間間隔)是變化的。

　　(3)設f信=100Hz,N=256，當每周期內點數改變時，所計算得的頻率值如表3所示，表中的△t也是變化的。

　3.幾點討論

　　(1)用FFT計算功率譜時，對指數分布白噪聲的抑制作用欠佳;對于在零點左右均勻分布，即(-a,a)分布白噪聲有較好的抑制作用，而對于其它的均勻分布白噪聲的抑制作用不理想;對于正態分布的白噪聲有很好的抑制作用。

　　(2)當取輸出信號非整周期進行功率譜計算時，所得頻率值有誤差，其誤差小于頻率分辨率。

　　(3)當信號頻率不變，采樣點點數不變，改變周期采樣點數時，若采樣點點數是2的正整次冪(即N=2",n=1,2,"""""")，那么△n=2"+1時，進行功率譜計算，所得頻率值非常準確。

　　(4)功率譜的頻率分辨率與N·成反比。當采樣頻率不變時，N大，分辨率高;但N大，會使采樣時間和計算時間增加。當N不變時，大，分辨率高;但增加，將受到采樣時間和信號頻率(一個周期內至少采4點)的制約。

　　(5)流量計的測量和顯示，有一定的時間要求，這就需要我們解決采樣、運算的實時性問題。例如，渦街頻率為50Hz，儀表精度為100，則頻率分辨率至少為0. 5Hz，則采樣時間要2s。若用8098單片機計算功率譜，則采樣、計算時間勢必超過3s。應采用DSP芯片處理，可滿足實時性要求。

　　四、現代譜計算法

　　1.基本原理

向線性預測誤差能量的平方和最小為準則來估計自回歸模型的系數。利用伯格算法的{zd0}嫡譜分析方法對于時間序列的前后值不作任何要求，而是直接應用有限段數據做初始計算，因此，不存在截斷序列的終端效應，這特別宜于短序列的譜分析。

　　2.計算結果

　　(3)設N=256，f信~100Hz , ML=9，改變△n，使采樣信號為非整周期，其結果如表6所示。

　　3.幾點討論

　　(1)現代譜方法計算信號的功率，對噪聲有較強的抑制能力;

　　(2)因該方法是先建模，再依據自回歸系數計算功率譜，所以建模的階數對功率譜計算的結果有影響。為節省計算時間，應選用較低的階數，也就要求每周期內所取點數不宜太多;

　　(3)對非整周期數據進行功率譜計算，結果相對準確.這與該算法的原理有關;

　　(4)在采樣點數和采樣時間間隔相同的情況下，現代譜分析算法的頻率分辨率比FFT的高一倍.