CN111486910B - 一种浆液电磁流量计信号处理方法及系统 - Google Patents

一种浆液电磁流量计信号处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种浆液电磁流量计信号处理方法及系统，获取采样的流量信号；将采样的流量信号输入预先构建的变化率限制处理模型，通过变化率限制处理模型对采样的流量信号中的成分进行判断和处理，限定流量信号中的干扰幅度，并进行数字滤波处理，输出平滑的流量信号。优点：本发明能够去除或减少尖状干扰的影响，且能够减少甚至不影响其它信号的内容，防止信号畸变，对测量造成影响。

Description

一种浆液电磁流量计信号处理方法及系统
技术领域
本发明涉及一种浆液电磁流量计信号处理方法及系统，属于信号处理技术领域。
背景技术
在做电磁流量计产品的过程中，信号的采集，调理，数字转换，数字信号处理的过程非常重要，而信号里各种噪声很丰富，噪声都耦合在一起，不利于分解。特别在做浆液类流体测量时，浆液测量的尖状干扰，这种干扰频率不高但能量高，频率一般在十几Hz到几十KHz，能量却是正常流速信号的十几倍甚至上百倍。但这个信号中又包含流速信号，并且和前后流速信号有连续性关系，不能直接舍去。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种流量信号处理方法、系统及应用。
为解决上述技术问题，本发明提供一种浆液电磁流量计信号处理方法，采集浆液电磁流量计的流量信号；
将所述流量信号输入预先构建的变化率限制处理模型，通过变化率限制处理模型对采样的流量信号中的成分进行判断和处理，限定流量信号中的干扰幅度，并进行数字滤波处理，输出平滑的流量信号。
进一步的，所述干扰幅度为尖状干扰幅度。
进一步的，所述变化率限制处理模型的处理过程为：
从流量信号获取一个相位内的采样数组A[n]，将采样数组A[n]经过变化率限制单元处理，利用循环计算后的E基值，计算优化后的数组B[n]，确定最优的数组B[n]，利用最优的数组B[n]里的数据，做流量计算，用于达到产品要求。
进一步的，所述E基值的计算过程为：
输入数组C[n]= [C0 0, C1 0,…, Cj 0,…, Cn-1 0]，开始赋值计数器j=1，做j递增加1而小于n的循环计算，每循环一次做一次公式计算Cj=Cj 0+（Cj-1-Cj 0）*α，记录每一次的计算结果，对记录的计算结果求和并求平均值作为E基值；
其中，数组C[n]第一次输入时采用数组A[n]，之后的数组C[n]采用所述优化后的数组B[n]，Cj 0表示输入数组C[n]中的第j个元素值，Cj表示计算得到的新的第j个元素值，Cj-1表示计算得到的新的第j-1个元素值，α表示滤E值计算的一个滤波系数，范围0~1。
进一步的，所述变化率限制单元处理的过程为：
开始赋值计数器j=1，做j递增加1而小于n的循环计算，每循环一次做一次比较|Aj-E|>Δd，如果为真则输出Bj=Aj*q，为假则输出Bj=Aj，循环结束后输出优化后的数组B[n]，按照整体计算流程，数组B[n]作为输入，调用E基值计算函数，产生新的E值再输入到本流程开始端进行计算，这样的循环计算进行多次，最终输出最优的数组B[n]，在新产生的E值和上次产生的E值相差小于预先设置的阈值时即可结束循环计算，产生最优的数组B[n]，为防止达不到小于预先设置的阈值而进入死循环，一般循环次数不大于m次；
其中，Bj为数组B[n]中的第j个元素值，Aj为数组A[n]中的第j个元素值，Δd为变化率限制值，q为变化率修正权重，取值为0~1。
一种浆液电磁流量计信号处理系统，包括：
励磁单元，用于对励磁的控制和检测；
信号调理单元，用于将采集的流量信号调理成可供ADC单元使用的模拟信号；
ADC采样单元，用于将所述模拟信号转换成数字信号；
处理器，获取所述数字信号，利用变化率限制处理模型进行处理，并对外输出平滑的流量信号。
进一步的，还包括电源单元，用于为整个系统供电。
进一步的，还包括输出接口，用于输出信号。
本发明所达到的有益效果：
本发明能够去除或减少尖状干扰的影响，且能够减少甚至不影响其它信号的内容，防止信号畸变，对测量造成影响。
附图说明
图1是本发明的流量计信号处理方法的整体流程示意图；
图2是E基值计算流程示意图；
图3是变化率限制算法流程示意图；
图4是本发明的硬件结构示意图；
图5是原始图形A[n]；
图6是经过算法处理后的图像B[n]；
图7是修正E值进行变化率限制算法后得出的图像B[n]。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
流体中的固体颗粒或纤维摩擦电极会形成一种波形呈尖状的干扰，习惯称作“尖状干扰”，金属在电解质中腐蚀的现象告诉我们，电极为了抗拒电解质的腐蚀，往往在与流体开始接触时，其表面先形成一种薄的氧化膜。在形成氧化膜的过程中，金属与电解质之间产生极高的极化电压。如果两电极的材质和表面状态完全相同，金属与电解质之间的极化电压成为极性相同，幅值相等的共模干扰电压。当流体中的固体颗粒或纤维摩擦或撞击电极表面，把电极表面薄层氧化膜拉破或生成划痕，伤破的氧化膜需要重新形成。在重新形成氧化膜的过程中，电极对流体间的极化电压将发生突变。如果两个电极材质，结构，表面状态存在差异，所产生的极化膜干扰变为差模干扰。于是，就出现了流量计测量输出的大幅度波动。
本发明针对提供一种流量信号处理方法，获取采样的流量信号；
将采样的流量信号输入预先构建的变化率限制处理模型，通过变化率限制处理模型对采样的流量信号中的成分进行判断和处理，限定流量信号中的干扰幅度，并进行数字滤波处理，输出平滑的流量信号。
如图1所示，针对浆液电磁流量计的电磁流量信号，提出一种浆液电磁流量计的电磁流量信号的变化率限制处理方法，包括如下步骤：
从流量信号获取一个相位内的采样数组A[n]，将采样数组A[n]经过变化率限制单元处理，利用循环计算后的E基值，计算优化后的数组B[n]，确定最优的数组B[n]，利用最优的数组B[n]里的数据，做流量计算，用于达到产品要求。
如图2所示，E基值计算过程为：
输入数组C[n]= [C0 0, C1 0,…, Cj 0,…, Cn-1 0]，开始赋值计数器j=1，做j递增加1而小于n的循环计算，每循环一次做一次公式计算Cj=Cj 0+（Cj-1-Cj 0）*α，记录每一次的计算结果，对记录的计算结果求和并求平均值作为E基值；
其中，数组C[n]第一次输入时采用数组A[n]，之后的数组C[n]采用所述优化后的数组B[n]，Cj 0表示输入数组C[n]中的第j个元素值，Cj表示计算得到的新的第j个元素值，Cj-1表示计算得到的新的第j-1个元素值。
如图3所示，变化率限制算法过程为：
开始赋值计数器j=1，做j递增加1而小于n的循环计算，每循环一次做一次比较|Aj-E|>Δd，如果为真则输出Bj=Aj*q，为假则输出Bj=Aj，循环结束后输出优化后的数组B[n]，按照整体计算流程，数组B[n]作为输入，调用E基值计算函数，产生新的E值再输入到本流程开始端进行计算，这样的循环计算进行多次，最终输出最优的数组B[n]，在新产生的E值和上次产生的E值相差小于0.5%即可结束循环计算，产生最终输出数组B[n],为防止程序达不到小于0.5%而进入死循环，一般循环次数不大于5次。
其中，Bj为数组B[n]中的第j个元素值，Aj为数组A[n]中的第j个元素值，
图1-3中各符号的表示含义如下：
E:基值，参考基线，此值在初始时可根据经验直接赋值，也可用A[n]数组进行基值计算，在后面的基值计算中，采用的B[n]数组。此基值在整个计算流程中是变化的，可做多次循环计算。
α:滤波系数，是对E值计算的一个滤波系数，范围0~1，此系数要根据流量采集数值做调整，在此算法中α取值越大滤波强度越深。
j：计数器，计算函数里做循环计数使用。
q:变化率修正权重，对变化率高的信号值做抑制的系数，取值为0~1，在此算法中取值越小抑制约强。
Δt:ADC两次采样的间隔时间，由于ADC转换和采样时间是相同的，连续的，所以Δt是一个定值。
Δd:变化率限制值，由于限制变化率就是限制Δd/Δt,由于Δt是一个定值，所以在信号处理的函数中就是限制Δd的值。
A[n]:一个相位内的采样数组。
B[n]:经过变化率限制算法的输出数组。
C[n]:计算过程的中间变量数组。
A：A[n]数组的计算值。
B：B[n]数组的计算值。
C：C[n]数组的计算值。
后级计算：是利用处理后的数组B[n]里的数据，做流量的计算，报警判断等等各种后续的计算，来达到产品要求。
如图4所示，相应的本发明还提供一种流量信号处理系统，包括：
励磁单元，用于对励磁的控制和检测；
信号调理单元，用于将采集的流量信号调理成可供ADC单元使用的模拟信号；
ADC采样单元，用于将所述模拟信号转换成数字信号；
处理器，获取所述数字信号，利用变化率限制处理模型进行处理，并对外输出平滑的流量信号。
输出接口，包括显示，按键，流量信号，报警等等接口；
电源单元，将输入电源转换成系统各处所需电源，为整个系统各单元供电服务。
为了说明本发明的优点，给出如下实验数据，有一个尖状干扰，将参数设置如下：E初始值为388，Δd取值150，q取值0.6
如图5、6和7所示，通过原始图形A[n]、经过算法处理后图形B[n]和修正后E值为368，将E值再带入A[n]数组中进行变化率限制算法后，得出的图像B[n]，可以看出尖状干扰的波形得到了进一步的抑制和优化。由上面的过程可以确定，根据实际数据情况，通过调整输入参数，可以有效的对尖状类波形进行抑制调整，满足后级流量计数据计算的使用要求。
本发明公开电磁流量计的电磁流量信号里含有尖状干扰的一中处理方法，其方法基于电磁流量计的测量条件下，也不排除此方法用到其它类似数据的处理上。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种浆液电磁流量计信号处理方法，其特征在于，
采集浆液电磁流量计的流量信号；
将所述流量信号输入预先构建的变化率限制处理模型，通过变化率限制处理模型对采样的流量信号中的成分进行判断和处理，限定流量信号中的干扰幅度，并进行数字滤波处理，输出平滑的流量信号；
所述变化率限制处理模型的处理过程为：
从流量信号获取一个相位内的采样数组A[n]，将采样数组A[n]经过变化率限制单元处理，利用循环计算后的E基值，计算优化后的数组B[n]，确定最优的数组B[n]，利用最优的数组B[n]里的数据，做流量计算，用于达到产品要求；
所述E基值的计算过程为：
输入数组C[n]= [C0 0, C1 0,…, Cj 0,…, Cn-1 0]，开始赋值计数器j=1，做j递增加1而小于n的循环计算，每循环一次做一次公式计算Cj=Cj 0+（Cj-1-Cj 0）*α，记录每一次的计算结果，对记录的计算结果求和并求平均值作为E基值；
其中，数组C[n]第一次输入时采用数组A[n]，之后的数组C[n]采用所述优化后的数组B[n]，Cj 0表示输入数组C[n]中的第j个元素值，Cj表示计算得到的新的第j个元素值，Cj-1表示计算得到的新的第j-1个元素值，α表示滤E值计算的一个滤波系数，范围0~1；
所述变化率限制单元处理的过程为：
开始赋值计数器j=1，做j递增加1而小于n的循环计算，每循环一次做一次比较|Aj-E|>Δd，如果为真则输出Bj=Aj*q，为假则输出Bj=Aj，循环结束后输出优化后的数组B[n]，按照整体计算流程，数组B[n]作为输入，调用E基值计算函数，产生新的E值再输入到本流程开始端进行计算，这样的循环计算进行多次，最终输出最优的数组B[n]，在新产生的E值和上次产生的E值相差小于预先设置的阈值时即可结束循环计算，产生最优的数组B[n]，为防止达不到小于预先设置的阈值而进入死循环，循环次数不大于m次；
其中，Bj为数组B[n]中的第j个元素值，Aj为数组A[n]中的第j个元素值，Δd为变化率限制值，q为变化率修正权重，取值为0~1。
2.根据权利要求1所述的浆液电磁流量计信号处理方法，其特征在于，所述干扰幅度为尖状干扰幅度。
3.一种浆液电磁流量计信号处理系统，其特征在于，包括：
励磁单元，用于对励磁的控制和检测；
信号调理单元，用于将采集的流量信号调理成可供ADC单元使用的模拟信号；
ADC采样单元，用于将所述模拟信号转换成数字信号；
处理器，获取所述数字信号，利用变化率限制处理模型进行处理，并对外输出平滑的流量信号，所述变化率限制处理模型的处理过程为：
从流量信号获取一个相位内的采样数组A[n]，将采样数组A[n]经过变化率限制单元处理，利用循环计算后的E基值，计算优化后的数组B[n]，确定最优的数组B[n]，利用最优的数组B[n]里的数据，做流量计算，用于达到产品要求；
所述E基值的计算过程为：
输入数组C[n]= [C0 0, C1 0,…, Cj 0,…, Cn-1 0]，开始赋值计数器j=1，做j递增加1而小于n的循环计算，每循环一次做一次公式计算Cj=Cj 0+（Cj-1-Cj 0）*α，记录每一次的计算结果，对记录的计算结果求和并求平均值作为E基值；
其中，数组C[n]第一次输入时采用数组A[n]，之后的数组C[n]采用所述优化后的数组B[n]，Cj 0表示输入数组C[n]中的第j个元素值，Cj表示计算得到的新的第j个元素值，Cj-1表示计算得到的新的第j-1个元素值，α表示滤E值计算的一个滤波系数，范围0~1；
所述变化率限制单元处理的过程为：
开始赋值计数器j=1，做j递增加1而小于n的循环计算，每循环一次做一次比较|Aj-E|>Δd，如果为真则输出Bj=Aj*q，为假则输出Bj=Aj，循环结束后输出优化后的数组B[n]，按照整体计算流程，数组B[n]作为输入，调用E基值计算函数，产生新的E值再输入到本流程开始端进行计算，这样的循环计算进行多次，最终输出最优的数组B[n]，在新产生的E值和上次产生的E值相差小于预先设置的阈值时即可结束循环计算，产生最优的数组B[n]，为防止达不到小于预先设置的阈值而进入死循环，循环次数不大于m次；
其中，Bj为数组B[n]中的第j个元素值，Aj为数组A[n]中的第j个元素值，Δd为变化率限制值，q为变化率修正权重，取值为0~1。
4.根据权利要求3所述的浆液电磁流量计信号处理系统，其特征在于，还包括电源单元，用于为整个系统供电。
5.根据权利要求3所述的浆液电磁流量计信号处理系统，其特征在于，还包括输出接口，用于输出信号。
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