CN103353320A - 基于混频算法的科氏质量流量计信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于混频算法的科氏质量流量计信号处理方法，对科氏质量流量计传感器信号经过调理、模数转换后，对采样数据先进行归一化处理，把数据映射到0~1范围内，再进行混频运算，滤掉信号中的低频干扰、高次谐波及噪声，解算出两路信号的相位差，同时捕捉振动频率，得到科氏质量流量计的信号频率与相位差信息，由此解算出流过振管的流体介质的质量流量与密度。本发明所述的方法，消除了信号中的高次谐波与噪声，计算精度高，计算速度快，适用传感器的频率范围更广，不但适用于普通管型的传感器，也适用于微弯型传感器。

Description

基于混频算法的科氏质量流量计信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于科氏质量流量计的数字信号处理方法，具体是一种基于混频算法来计算反映流体质量流量的相位差信息的科氏质量流量计信号处理方法。
背景技术
科氏质量流量计利用科里奥利（Coriolics）原理，对流过传感器测量管流体的质量流量与密度进行直接测量。根据科里奥利原理，流体流过在一定频率下振动的传感器测量管时，其出口处与入口处的正弦波电压信号存在一个相位差，该相位差与流过的流体质量流量成正比。要想提高科氏质量流量计的测量精度，关键在于提高其振动频率与相位差的测量精度。
公开号为CN1858561A 的专利“处理科里奥利质量流量计非线性输出信号的测量单元”中，公开了采用检测FIR滤波处理后信号的过零点信息，运用切比雪夫曲线拟合方法，从而得到信号的频率和两路信号的相位差。公告号为CN1194210C的专利“基于AFF和SGA的科氏质量流量计数字信号处理系统”公开了采用自适应漏斗型滤波（AFF）和滑动Goertzel算法（SGA）处理采样数据，计算出流量管的振动频率和相位，从而得到质量流量值和密度值。以上方法都需要系统储存大量的采样数据进行滤波、计算，程序运算时间长，随着传感器小型化的发展，测量管的振动频率提高到300Hz以上，DSP采用以上算法时，将无法快速跟踪到两路信号的相位差。
本发明中采用混频算法，计算速度快，同时采用该算法可消除信号中的谐波与噪声，测量精度高，适用的传感器振动频率范围广，从几十赫兹到数百赫兹均可。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于混频算法的科氏质量流量计的信号处理方法，其测量精度高，计算速度快，适用的传感器振动频率范围更广，从几十赫兹到数百赫兹均可。
本发明提供的技术方案是：一种基于混频算法的科氏质量流量计信号处理方法，其特征在于：先对科氏质量流量计传感器两路振动信号进行调理、模数转换，得到采样数据；对采样数据先进行归一化处理，把数据映射到0~1范围内，再进行混频运算，滤掉信号中的低频干扰、高次谐波及噪声，最终解算出两路信号的相位差信息；同时，对其中一路信号进行过零比较，捕捉其振动频率，根据捕捉到的振动频率，得到科氏质量流量计振管的振动频率，由振动频率与相位差信息，计算出流过振管的流体介质的质量流量与密度；同时根据流体介质的温度，对流体介质的质量流量与密度进行温度补偿，得到实际的质量流量与密度值。
在本发明中，科氏质量流量计传感器信号经调理后，由双路同步AD转换器进行采样，进而得到采样数据。
本发明中，采样数据传输到数字信号处理器DSP中，由DSP对采样数据进行归一化处理后再进行混频处理，并对其中一路信号进行过零比较，并由DSP的捕获单元捕捉其振动频率。
本发明所述的基于混频算法的科氏质量流量计的信号处理方法，消除了信号中的高次谐波与噪声，计算精度高，计算速度快，适用传感器的频率范围更广，不但适用于普通管型的传感器（其振动频率通常在200Hz以下），也适用于微弯型传感器（其振动频率在300Hz~400Hz）。
附图说明
图1是本发明所述方法的原理示意图；
图2是本发明所述的混频算法的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，本发明不仅局限于此。
本发明所述的基于混频算法的科氏质量流量计信号处理方法，首先对科氏质量流量计传感器的两路输出信号经过调理电路进行调理后，由双路同步AD转换器进行采样，传送数据到数字信号处理器DSP，由DSP对采样数据进行归一化处理，把数据映射到0~1范围内，再进行混频运算处理，即对传感器的非线性时变信号，通过与一本振信号混合，在时域中进行变频运算，得到所需的频率信号，再经过滤波，滤掉信号中的低频干扰、高次谐波及噪声，最终计算出传感器信号的相位差信息。同时，对其中一路信号进行过零比较，由DSP的捕获单元捕捉其振动频率，从而得到科氏质量流量计振管的振动频率。由振动频率与相位差信息，计算出流过振管的流体介质的质量流量与密度。同时根据流体介质的温度，对流体介质的质量流量与密度进行温度补偿，得到实际的质量流量与密度值。
如图1所示，本发明所述的方法采用如下步骤实现：（1）传感器两路信号A、B，分别进入调理电路进行调理，得到信号A1、B1；（2）A1经过零比较电路后，由DSP捕获单元捕捉到信号的振动频率ω；（3）A1、B1经AD转换器转换后，得到采样数据SA、SB；（4）SA、SB经基于混频算法的运算后，得到信号的相位差Δϕ；（5）由信号的振动频率ω与相位差Δϕ，计算出流体介质的质量流量m0与密度ρ0；（6）经温度采样电路，测得流体介质温度t；（7）质量流量m0与密度ρ0经介质温度t补偿，得到实际的质量流量m实与密度ρ实。
图2是本发明所述的混频算法的原理示意图。如图2所示，该算法是采用如下步骤实现的：（1）AD转换器采样得到传感器两路信号的数据sA、sB，对其先进行归一化处理，将sA、sB均映射到0~1范围内；（2）对归一化后的数据分别进行相加、相减运算，得到和信号s1与差信号s2；（3）以s2为参考信号，经过DSP运算得到一个本振信号s0；（4）本振信号s0分别与和信号s1及差信号s2进行混频运算，得到s3，s4；（5）和信号s1与差信号s2相乘，得到s5；（6）对s3，s4，s5，分别进行数字滤波，得到s6，s7，s8；（7）由s6，s7，s8解出相位差Δϕ。由Δϕ及振动频率可解算出流体介质的质量流量与密度，并根据测量得到的介质温度值，对流体介质的质量流量与密度进行温度补偿。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的保护范围进行限定。凡在本发明的精神和原则内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于混频算法的科氏质量流量计信号处理方法，其特征在于：先对科氏质量流量计传感器两路振动信号进行调理、模数转换，得到采样数据；对采样数据先进行归一化处理，把数据映射到0~1范围内，再进行混频运算，滤掉信号中的低频干扰、高次谐波及噪声，最终解算出两路信号的相位差信息；同时，对其中一路信号进行过零比较，并捕捉其振动频率，根据捕捉到的振动频率，得到科氏质量流量计振管的振动频率，由振动频率与相位差信息，计算出流过振管的流体介质的质量流量与密度；同时根据流体介质的温度，对流体介质的质量流量与密度进行温度补偿，得到实际的质量流量与密度值。
2.根据权利要求1所述的基于混频算法的科氏质量流量计信号处理方法，其特征在于：科氏质量流量计传感器信号经调理后，由双路同步AD转换器进行采样，进而得到采样数据。
3.根据权利要求1所述的基于混频算法的科氏质量流量计信号处理方法，其特征在于：采样数据传输到数字信号处理器DSP中，由DSP对采样数据进行归一化处理后再进行混频处理，并对其中一路信号进行过零比较，并由DSP的捕获单元捕捉其振动频率。
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