CN102594306A - 脉动信号的功率最大频率点周期的估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉动信号功率最大频率点周期的估计方法，采用对信号脉动周期的捕捉值数据，直接在捕捉值数据中计算出数值相差最小的数据组的平均值，并把此平均值作为脉动信号功率最大频率点周期的估计值。这样既降低了对脉动信号功率谱估计的计算量，又提高了对脉动信号周期值估计的实时性和精度。

Description

脉动信号的功率最大频率点周期的估计方法

技术领域

本发明涉及一种脉动信号的功率最大频率点周期的估计方法，具体涉及一种数据处理方法来估计脉动信号的功率最大频率点对应周期的方法。

背景技术

脉动信号是传感器以及检测仪表中应用较多的信号形式。对于稳定脉动信号的周期测量与估计已有相当成熟的技术与方法。但当传感器输出的脉动信号周期未知且混有各类干扰脉冲时，往往对脉动信号的正真周期值进行测量与估计都比较困难。如涡街流量计中15mm~600mm口径传感器输出的涡街脉动信号周期就有约0.27mS~2S范围变化（对应频率0.2Hz~3.7kHz）。同时，流量计在管道振动等干扰又会在信号上混入许多干扰脉冲。这是在干扰脉冲环境下对脉动信号周期进行测量和估计的典型问题。

目前，已有的脉动信号周期的估计方法主要有两类：一是采用在线性滤波器下直接对周期捕捉值进行数字滤波方法，如一般涡街流量计的涡街脉动信号周期的估计方法，主要有美国专利5372046、5429001和5576497等；二是先对脉动信号进行A/D转换，再采用数字化频谱FFT方法来分析功率最大频率点的周期值，如一些涡街流量计的新的信号处理方法，典型的有中国专利99101209.7，或采用与第一类方法相结合的方法，如美国专利US6480812B1、美国专利US6212975B1、欧洲专利645258、中国专利200610029218.5和中国专利201110069492.6等，这类方法有需要解决数字化频谱分析的分辨率和实时性难以兼顾的技术问题，或有用了更多的硬件与软件而不利于实现实际的低功耗仪表。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术存在的缺点，提供一种脉动信号的功率最大频率点周期的估计方法，其特点是直接根据脉动信号周期的捕捉值数据， 采用数据中数值相差最小的数据组数据的平均值A作为脉动信号的功率最大频率点周期的估计值。这样既降低了对脉动信号的功率谱估计的计算量，又提高了对脉动信号周期值估计的精度和正确性。

为达到上述目的，本发明的构思是：由一个周期捕捉器对信号X1的脉动周期进行捕捉得到捕捉值，数据处理器从n个捕捉值数据中取出数值相差最小的m个数据，并把这m个数据的平均值A作为信号X1功率最大频率点所对应周期的估计值。

根据上述发明的构思，本发明采用以下技术方案：

一种脉动信号功率最大频率点周期的估计方法，其特征在于采用的脉动信号信号测量与处理系统：脉动信号X1连接到一个周期捕捉单元后，连接到一个数据处理单元；周期捕捉单元将信号X1脉动周期的捕捉值D送给数据处理单元，数据处理单元把连续送入的n个捕捉值D形成一个数据序列C={c(1), c(2),…,c(n)}，并在数据序列C中搜索出m个数值相差最小的数据组G，n≥m≥2；再求出数据组G中m个数据的平均值A作为信号X1功率最大频率点周期P的估计值；这里，n越大得到的周期估计值实时性越差，m越大时周期估计值的精度越差。

上述脉动信号功率最大频率点周期的估计方法，其特征在于所述的周期捕捉单元可由一个信号整形单元和一个跳变计时单元组成；信号整形单元将所述的信号X1整形成脉冲信号X2送到跳变计时单元，跳变计时单元对脉冲信号X2的电平跳变周期进行计时，将每次的计时值作为信号X2脉冲周期的捕捉值D送入数据处理器单元。

上述脉动信号功率最大频率点周期的估计方法，其特征在于所述的数据处理单元把周期捕捉单元每一次新捕捉值D都作为数据队列C中新的c(n)数据，再把原数据队列C中的c(i)数据变成c(i-1)数据，i=2,3,…n，即随周期捕捉单元每一次送入新的捕捉值D后使数据处理单元产生新数据队列C={c(1), c(2),…,c(n)}，数据处理器单元根据每一次新数据队列C搜索出一个新数据组G，再计算出新数据组G中m个数据的平均值A作为信号X1功率最大频率点周期P的估计值；同时可用平均值A为周期来产生输出脉冲W。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点： 

不用一般的A/D转换方法来得到信号的数字化数据，而直接用信号脉动周期的捕捉值作为数据，采用在捕捉数据中取出数值相差最小的数据组G，并把数据组G的平均值作为信号功率最大频率点对应周期的估计值。本发明不但降低了对脉动信号功率谱估计的计算量，同时提高了对脉动信号周期值估计的实时性和精度。

附图说明

图1是本发明的脉动信号信号测量与处理系统结构框图。

图2是图1中数据处理单元2在得到捕捉值D后对功率最大频率点周期的估计过程示意图。

图3是本发明的一个实施例结构图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下如：

实施例一：

    参见图1和图2，本脉动信号功率最大频率点周期的估计方法，对于一个具有功率最大频率点对应为周期P的脉动信号X1，所述的信号X1连接到一个周期捕捉单元1，周期捕捉单元1将信号X1脉动周期的捕捉值D送给数据处理单元2，数据处理单元2 把连续送入的n个捕捉值D形成一个数据序列C={c(1), c(2),…,c(n)}，并在数据序列C中搜索出m个数值相差最小的数据组G，n≥m≥2；再求出数据组G中m个数据的平均值A作为信号X1功率最大频率点周期P的估计值；这里，n越大得到的估计值实时性越差，m越大时得出的估计值精度越差。

通常对于不同脉动信号处理的实时性和精度要求可以选择不同的n和m数值。在一般脉动频率在几十到几千赫兹信号的处理时可以选择64≥n≥8，m的值可以选择为n值的一半或更小。

实施例二：

    本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下： 

上述脉动信号的功率最大频率点周期的估计方法，所述的周期捕捉单元1可由信号整形单元1.1和跳变计时单元1.2组成；信号整形单元1.1将所述的信号X1整形成脉冲信号X2送到跳变计时单元1.2，跳变计时单元1.2对脉冲信号X2的电平跳变周期进行计时，将每次的计时值作为信号X2脉冲周期的捕捉值D送入数据处理器单元2。

上述脉动信号的功率最大频率点周期的估计方法，所述的数据处理单元2把周期捕捉单元1每一次新捕捉值D都作为数据队列C中新的c(n)数据，再把原数据队列C中的c(i)数据变成c(i-1)数据，i=2,3,…n，即随周期捕捉单元1每一次送入的新捕捉值D后使数据处理单元2产生新数据队列C={c(1), c(2),…,c(n)}，数据处理器单元2根据每一次新数据队列C搜索出一个新数据组G，再计算出新数据组G中m个数据的平均值A作为信号X1功率最大频率点周期P的估计值；同时可用平均值A为周期来产生输出脉冲W。

这里，数据队列C就是随着一个新捕捉值D进行滚动，同时随着每一个新捕捉值D产生一个新数据组G和对应的平均值A。即随着一个新捕捉值D滚动得到一个信号X1功率最大频率点周期P的估计值。

实施例三：

参见图3，本实施例与实施例二基本相同，特别之处是信号整形单元1.1采用了通常的迟滞比较器电路。其中电阻R2和R1是通过对X2和Vref的分压形成了对信号X1的高低迟滞比较电平。

这里，计时单元1.2和数据处理单元2是采用一个单片机MSP430F2350芯片来承担。计时单元1.2是单片机MSP430F2350芯片内的TB0跳变捕捉与计时功能，信号X2在芯片的26脚TB0输入，信号X2的每个脉冲周期值D通过对TB0脚上的跳变捕捉与计时来得到；数据处理单元2是通过单片机MSP430F2350的程序按图2的信号处理过程来完成，信号X2的每个脉冲周期值D可直接从芯片内TB0的捕捉数据得到，通过如图2的信号处理程序得出信号X1功率最大频率点周期P的估计值A，并用A为周期来产生输出脉冲W。

Claims (3)

1.一种脉动信号功率最大频率点周期的估计方法，其特征在于采用的脉动信号信号测量与处理系统：脉动信号X1连接到一个周期捕捉单元(1)后，连接到一个数据处理单元(2)；周期捕捉单元(1)将信号X1脉动周期的捕捉值D送给数据处理单元(2)；所述的数据处理单元(2) 把连续送入的n个捕捉值D形成一个数据序列C={c(1), c(2),…,c(n)}，并在数据序列C中搜索出m个数值相差最小的数据组G，n≥m≥2；再求出数据组G中m个数据的平均值A作为信号X1功率最大频率点周期P的估计值；这里，n越大得到的估计值实时性越差，m越大时得出的估计值精度越差。

2.根据权利要求1所述的脉动信号功率最大频率点周期的估计方法，其特征在于所述的周期捕捉单元(1)可由一个信号整形单元(1.1)和一个跳变计时单元(1.2)组成；信号整形单元(1.1)将所述的信号X1整形成脉冲信号X2送到跳变计时单元(1.2)，跳变计时单元(1.2)对脉冲信号X2的电平跳变周期进行计时，将每次的计时值作为信号X2脉冲周期的捕捉值D送入数据处理器单元(2)。

3.根据权利要求1所述的脉动信号功率最大频率点周期的估计方法，其特征在于所述的数据处理单元(2)把周期捕捉单元(1)每一次新捕捉值D都作为数据队列C中新的c(n)数据，再把原数据队列C中的c(i)数据变成c(i-1)数据，i=2,3,…n，即随周期捕捉单元(1)每一次送入的新捕捉值D后使数据处理单元(2)产生新数据队列C={c(1), c(2),…,c(n)}，数据处理器单元(2)根据每一次新数据队列C搜索出一个新数据组G，再计算出新数据组G中m个数据的平均值A作为信号X1功率最大频率点周期P的估计值；同时可用平均值A为周期来产生输出脉冲W。

Images