Повышение точности показаний вихреакустических расходомеров за счет высокоточной оценки частоты вихреобразования
Автор: Ибряева О.Л., Яковенко А.Д., Синицин В.В., Шестаков А.Л.
Статья в выпуске: 3 т.14, 2025 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматривается задача повышения точности вихреакустических расходомеров за счет высокоточной оценки частоты вихреобразования в условиях коротких временных окон и зашумленных сигналов. Традиционные методы, основанные на быстром преобразовании Фурье (БПФ), сталкиваются с фундаментальным ограничением разрешения при анализе коротких интервалов, что снижает их эффективность в динамических режимах измерений. В качестве альтернативы предложен модифицированный метод матричных пучков (ММП), относящийся к параметрическим методам высокого разрешения. Метод позволяет моделировать сигнал как сумму комплексных экспонент и обеспечивает устойчивую оценку частоты даже при низком отношении сигнал/шум. Проведено сравнение ММП и БПФ на модельных и экспериментальных сигналах с вихреакустического расходомера. Показано, что ММП обеспечивает более стабильные оценки частоты: стандартное отклонение уменьшается в среднем в 1.5 раза. При этом вычислительная сложность метода оказывается сопоставимой или даже ниже за счет малой длины анализируемых окон. Полученные результаты демонстрируют потенциал ММП для создания алгоритмов автоматического контроля достоверности показаний средств измерений. Метод может быть положен в основу систем самодиагностики и коррекции погрешностей, вызванных нестационарностью потока, вибрациями или наличием двухфазного течения.
Вихреакустический расходомер, оценка частоты, метод матричных пучков, высокое разрешение, обработка сигналов, достоверность измерений, двухфазный поток, параметрические методы
Короткий адрес: https://sciup.org/147252010
IDR: 147252010 | УДК: 681.125 | DOI: 10.14529/cmse250303
Improving the Accuracy of Vortex Flowmeters through High-Resolution Estimation of Vortex Shedding Frequency
The paper addresses the problem of improving the accuracy of vortex flowmeters by means of highresolution frequency estimation of vortex shedding under conditions of short observation intervals and noisy signals. Traditional methods based on the Fast Fourier Transform (FFT) face fundamental resolution limitations when analyzing short data segments, which reduces their effectiveness in dynamic measurement regimes. As an alternative, a modified Matrix Pencil Method (MPM) is proposed, belonging to the class of high-resolution parametric techniques. The method models the signal as a sum of complex exponentials and provides robust frequency estimation even at low signal-to-noise ratios. A comparative analysis of MPM and FFT was carried out using both simulated and experimental signals from a vortex flowmeter. It is shown that MPM provides more stable frequency estimates, with the standard deviation reduced by an average of 1.5 times. At the same time, the computational complexity of the method is comparable to or even lower than that of FFT due to the small size of the analysis windows. The results demonstrate the potential of MPM for developing algorithms of automatic metrological reliability control. The method can serve as a basis for self-diagnostic systems and correction of measurement errors caused by flow nonstationarity, vibrations, or two-phase flow conditions.
