CN115270893B - 一种高精度科氏流量计数字信号处理方法 - Google Patents

一种高精度科氏流量计数字信号处理方法 Download PDF

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CN115270893B CN202211171907.5A CN202211171907A CN115270893B CN 115270893 B CN115270893 B CN 115270893B CN 202211171907 A CN202211171907 A CN 202211171907A CN 115270893 B CN115270893 B CN 115270893B
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Abstract

本发明公开了一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，涉及科氏流量计数字信号处理领域，所述方法包括：步骤1：对流量管两端的振动状态进行采样，分别获得第一路信号和第二路信号；步骤2：对所述第一路信号进行预处理，得到所述第一路信号的信号频谱最大值索引；步骤3：基于信号频谱最大值索引，计算得到第一路信号的初相位和第二路信号的初相位；步骤4：基于第一路信号的初相位和第二路信号的初相位，计算得到第一路信号与第二路信号的相位差，基于所述相位差获得流量管中介质的质量流量；本发明能够有效提高科氏流量计两路振动信号相位差的处理精度。

Description

一种高精度科氏流量计数字信号处理方法
技术领域
本发明涉及科氏流量计数字信号处理领域，具体地，涉及一种高精度科氏流量计数字信号处理方法。
背景技术
科氏流量计是一种直接式质量流量计，具有测量精度高、结构简单等有点，得到了广泛应用。其测量原理是，利用流量管两端振动信号的相位差与流量管中介质的质量流量的正比关系，通过实时计算振动信号相位差，从而测得介质的瞬时流量和累计流量。因此，对科氏流量计振动信号进行高精度处理，是保证科氏流量计测量精度的重要前提。
利用模数转换器对科氏流量计流量管两端的振动状态进行采样，得到两路同频同振幅但不同初相位的振动信号
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，如式(1)示。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
(1)
式（1）中：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
分别表示振动信号振动频率、振动幅值，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure DEST_PATH_IMAGE008
分别表示第一路信号
Figure 754720DEST_PATH_IMAGE001
和第二路信号
Figure 595637DEST_PATH_IMAGE002
的初相位，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为采样频率，索引
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为采样时刻点，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为信号长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
是均值为0，方差为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
的加性高斯白噪声。
通过计算两路信号的初相位
Figure 151515DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 939342DEST_PATH_IMAGE008
，可得到两路信号相位差
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，即可得到流量管中介质的质量流量。
根据对流量管振动信号的跟踪方式不同，信号处理方法主要可以分为时域法和频域法。时域法思路简单，容易理解，计算速度快，但计算精度较低，不能满足科氏流量计的高精度测量要求。频域法计算精度高，但计算量大，实时性差，很难满足流量管在高频振动条件下的实时计算要求。现有技术中有通过实数相关的频谱索引计算和频谱插值计算，实现了对科氏流量计振动信号频率变化的高精度快速跟踪。但直接利用上述方式来计算科氏流量计两路振动信号的相位差，会受到非整周期采样的影响，造成相位差估计精度波动范围大，影响相位差估计精度，严重制约了科氏流量计测量精度的进一步提高。
发明内容
本发明目的为提高科氏流量计两路振动信号相位差的处理精度。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，所述方法包括：
步骤1：对流量管两端的振动状态进行采样，分别获得第一路信号和第二路信号；
步骤2：对所述第一路信号进行预处理，得到所述第一路信号的信号频谱最大值索引
Figure DEST_PATH_IMAGE015
；
步骤3：基于信号频谱最大值索引
Figure 986978DEST_PATH_IMAGE015
，计算得到第一路信号的初相位和第二路信号的初相位；
步骤4：基于第一路信号的初相位和第二路信号的初相位，计算得到第一路信号与第二路信号的相位差，基于所述相位差获得流量管中介质的质量流量。
其中，为推动高精度科氏流量计的发展，本发明提供了一种科氏流量计数字信号处理方法，本方法包括：对第一路信号进行预处理，在时域计算出振动信号粗略频率，改变参与计算的信号长度，并利用实数相关的方法计算出信号频谱索引；然后在频域对第一路信号进行两点频谱插值，通过频谱泄漏校正得到信号精确频率和精确初相位，同时得到第二路信号精确的初相位；最后计算第一路信号和第二路信号的相位差，并调整下一次采样信号长度，通过本方法提高了科氏流量计两路振动信号相位差的处理精度。
优选的，所述步骤4还包括调整下一次采样信号的长度。调整下一次采样信号的长度的目的是使得采样信号尽可能满足整周期采样，减少频域计算频谱泄漏影响，同时可避免造成参与计算的信号长度变短的影响，提高相位差估计精度。
优选的，第一路信号为
Figure 874162DEST_PATH_IMAGE001
，第二路信号为
Figure 963341DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 633488DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 62195DEST_PATH_IMAGE006
分别表示振动信号振动频率和振动幅值，
Figure 120281DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 696756DEST_PATH_IMAGE008
分别表示第一路信号
Figure 747757DEST_PATH_IMAGE001
和第二路信号
Figure 93288DEST_PATH_IMAGE002
的初相位，
Figure 587854DEST_PATH_IMAGE009
为采样频率，索引
Figure 386046DEST_PATH_IMAGE010
为采样时刻点，
Figure 319367DEST_PATH_IMAGE011
为信号长度，
Figure 676661DEST_PATH_IMAGE012
是均值为0，方差为
Figure 342129DEST_PATH_IMAGE013
的加性高斯白噪声。
优选的，所述步骤2具体包括：
按照
Figure DEST_PATH_IMAGE017
从0到
Figure DEST_PATH_IMAGE018
的顺序进行逐点搜索，找到第一次出现
Figure DEST_PATH_IMAGE019
且
Figure DEST_PATH_IMAGE020
的两个点，此时的索引
Figure 752250DEST_PATH_IMAGE017
记为
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，计算得到
Figure 177678DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure DEST_PATH_IMAGE022
之间的第一上升过零时刻值
Figure DEST_PATH_IMAGE023
；
得到
Figure 28959DEST_PATH_IMAGE023
后，按照
Figure 255541DEST_PATH_IMAGE017
从
Figure 638112DEST_PATH_IMAGE022
到
Figure 709973DEST_PATH_IMAGE018
的顺序进行逐点搜索，找到第二次出现
Figure 87865DEST_PATH_IMAGE019
且
Figure 580289DEST_PATH_IMAGE020
的两个点，此时的索引
Figure 840369DEST_PATH_IMAGE017
记为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，计算得到
Figure 856866DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure DEST_PATH_IMAGE025
之间的第二上升过零时刻值
Figure DEST_PATH_IMAGE026
；
根据所述第一上升过零时刻值
Figure 948319DEST_PATH_IMAGE023
和第二上升过零时刻值
Figure 985545DEST_PATH_IMAGE026
，计算得到信号粗略频率值
Figure DEST_PATH_IMAGE027
；
按照
Figure 155757DEST_PATH_IMAGE017
从0到
Figure 444788DEST_PATH_IMAGE018
的顺序依次计算得到第一整周期采样长度偏差
Figure DEST_PATH_IMAGE028
；
当第一次出现
Figure DEST_PATH_IMAGE029
且
Figure DEST_PATH_IMAGE030
时，记此时的索引
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，得到调整后的信号长度
Figure DEST_PATH_IMAGE033
；
根据所述第一上升过零时刻值
Figure 141479DEST_PATH_IMAGE023
、所述第二上升过零时刻值
Figure 490552DEST_PATH_IMAGE026
和所述调整后的信号长度
Figure 662907DEST_PATH_IMAGE033
，计算得到调整后的信号频谱最大值索引
Figure 614683DEST_PATH_IMAGE015
。
优选的，所述第一上升过零时刻值
Figure 274203DEST_PATH_IMAGE023
、所述第二上升过零时刻值
Figure 528598DEST_PATH_IMAGE026
和信号粗略频率值
Figure 250567DEST_PATH_IMAGE027
的计算方式分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
Figure DEST_PATH_IMAGE035
Figure DEST_PATH_IMAGE036
。
优选的，第一整周期采样长度偏差
Figure 100973DEST_PATH_IMAGE028
的计算方式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
表示小于或等于
Figure DEST_PATH_IMAGE039
的最大整数，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
表示取
Figure DEST_PATH_IMAGE041
的绝对值。
优选的，调整后的信号长度
Figure 456080DEST_PATH_IMAGE033
的计算方式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
信号频谱最大值索引
Figure 678114DEST_PATH_IMAGE015
的计算方式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
表示取最接近于
Figure DEST_PATH_IMAGE045
的整数。
优选的，所述步骤4具体包括：
根据所述信号频谱最大值索引
Figure 480853DEST_PATH_IMAGE015
，对第一路信号进行插值计算得到第一插值点频谱值
Figure DEST_PATH_IMAGE046
和第二插值点频谱值
Figure DEST_PATH_IMAGE047
；
根据所述第一插值点频谱值
Figure 462847DEST_PATH_IMAGE046
和第二插值点频谱值
Figure 378850DEST_PATH_IMAGE047
，计算得到第一频谱偏移量
Figure DEST_PATH_IMAGE048
；
基于第一频谱偏移量
Figure 771786DEST_PATH_IMAGE048
计算得到第一路信号的复幅值粗略估计值
Figure DEST_PATH_IMAGE049
；
根据所述信号频谱最大值索引
Figure 858559DEST_PATH_IMAGE015
和所述第一频谱偏移量
Figure 96774DEST_PATH_IMAGE048
，继续对第一路信号进行插值计算得到第三插值点频谱值
Figure DEST_PATH_IMAGE050
和第四插值点频谱值
Figure DEST_PATH_IMAGE051
；
根据所述第一频谱偏移量
Figure 352437DEST_PATH_IMAGE048
和所述复幅值粗略估计值
Figure 713011DEST_PATH_IMAGE049
，计算得到第一频谱泄漏量
Figure DEST_PATH_IMAGE052
和第二频谱泄漏量
Figure DEST_PATH_IMAGE053
；
基于所述第一频谱泄漏量
Figure 693605DEST_PATH_IMAGE052
和所述第二频谱泄漏量
Figure 328986DEST_PATH_IMAGE053
对所述第三插值点频谱值
Figure 891685DEST_PATH_IMAGE050
和所述第四插值点频谱值
Figure 485478DEST_PATH_IMAGE051
进行校正，得到第五插值点频谱值
Figure DEST_PATH_IMAGE054
和第六插值点频谱值
Figure DEST_PATH_IMAGE055
；
根据所述第五插值点频谱值
Figure 189254DEST_PATH_IMAGE054
和所述第六插值点频谱值
Figure 893905DEST_PATH_IMAGE055
，计算得到第二频谱偏移量
Figure DEST_PATH_IMAGE056
；
根据所述第二频谱偏移量
Figure 294799DEST_PATH_IMAGE056
和所述信号频谱最大值索引
Figure 793913DEST_PATH_IMAGE015
，计算得到第一路信号的复幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE057
和第二路信号的复幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE058
；
基于所述第一路信号的复幅值
Figure 984986DEST_PATH_IMAGE057
和所述第二路信号的复幅值
Figure 962169DEST_PATH_IMAGE058
计算得到第一路信号初相位
Figure 765040DEST_PATH_IMAGE007
和第二路信号初相位
Figure 435056DEST_PATH_IMAGE008
。
优选的，所述第二频谱偏移量
Figure 674276DEST_PATH_IMAGE056
的计算方式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE060
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
表示表示取复数
Figure DEST_PATH_IMAGE062
的实部；
第一路信号的复幅值
Figure 81249DEST_PATH_IMAGE057
和第二路信号的复幅值
Figure 800943DEST_PATH_IMAGE058
的计算方式分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE063
从第一路信号初相位
Figure 48385DEST_PATH_IMAGE007
和第二路信号初相位
Figure 774901DEST_PATH_IMAGE008
的计算方式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE064
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE065
和
Figure DEST_PATH_IMAGE066
分别表示取复幅值
Figure 251144DEST_PATH_IMAGE057
和复幅值
Figure 825345DEST_PATH_IMAGE058
的角度。
优选的，下一次采样信号的长度
Figure DEST_PATH_IMAGE067
的获得方式为：
所述信号频谱最大值索引
Figure 243688DEST_PATH_IMAGE015
和所述第二频谱偏移量
Figure 191921DEST_PATH_IMAGE056
，按照
Figure 580177DEST_PATH_IMAGE017
从0到
Figure DEST_PATH_IMAGE068
的顺序依次采用以下公式计算得到第二整周期采样长度偏差
Figure DEST_PATH_IMAGE069
；
Figure DEST_PATH_IMAGE070
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
表示取
Figure DEST_PATH_IMAGE072
的绝对值；
当第一次出现
Figure DEST_PATH_IMAGE073
且
Figure DEST_PATH_IMAGE074
时，此时的索引
Figure 290775DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure DEST_PATH_IMAGE075
，得到下一次信号采样的长度
Figure 880020DEST_PATH_IMAGE067
；
Figure DEST_PATH_IMAGE076
。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明能够有效提高科氏流量计两路振动信号相位差的处理精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为高精度科氏流量计数字信号处理方法的流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例
请参考图1，图1为高精度科氏流量计数字信号处理方法的流程示意图，本发明实施例提供了一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，所述方法包括：
步骤1：对流量管两端的振动状态进行采样，分别获得第一路信号和第二路信号；
步骤2：对所述第一路信号进行预处理，得到所述第一路信号的信号频谱最大值索引
Figure 805295DEST_PATH_IMAGE015
；
步骤3：基于信号频谱最大值索引
Figure 731663DEST_PATH_IMAGE015
，计算得到第一路信号的初相位和第二路信号的初相位；
步骤4：基于第一路信号的初相位和第二路信号的初相位，计算得到第一路信号与第二路信号的相位差，基于所述相位差获得流量管中介质的质量流量。
其中，科氏流量计测量原理：流量管中介质的质量流量和两路振动信号的相位差成正比关系。得到所述相位差即可得到流量管中介质的质量流量。
其中，在本发明实施例中，流量管可以为科氏流量计，也可为其他同类型的流量管，本发明实施例不进行具体的限定。
其中，在本发明实施例中，科氏流量计流量管两端的振动状态的采样可以利用模数转换器或具体相同功能或功效的器件或设备，本发明实施例不进行具体的限定。
下面对本方法进行具体的介绍：
本方法主要包括以下步骤：首先对第一路信号进行预处理，在时域计算出振动信号粗略频率，改变参与计算的信号长度，并利用实数相关的方法计算出信号频谱索引；然后在频域对第一路信号进行两点频谱插值，通过频谱泄漏校正得到信号精确频率和精确初相位，同时得到第二路信号精确的初相位；最后计算第一路信号和第二路信号的相位差，并调整下一次采样信号长度。
对第一路振动信号
Figure 686981DEST_PATH_IMAGE001
进行预处理，包括：
按照
Figure 306181DEST_PATH_IMAGE017
从0到
Figure 494586DEST_PATH_IMAGE018
的顺序进行逐点搜索，找到第一次出现
Figure 959065DEST_PATH_IMAGE019
且
Figure 34468DEST_PATH_IMAGE020
的两个点，此时的索引
Figure 27832DEST_PATH_IMAGE017
记为
Figure 47741DEST_PATH_IMAGE021
，利用式(2)进行计算，得到
Figure 207589DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 527712DEST_PATH_IMAGE022
之间的第一上升过零时刻值
Figure 98502DEST_PATH_IMAGE023
。
Figure 871285DEST_PATH_IMAGE034
(2)
得到
Figure 146409DEST_PATH_IMAGE023
后，继续按照
Figure 180093DEST_PATH_IMAGE017
从
Figure 311997DEST_PATH_IMAGE022
到
Figure 447443DEST_PATH_IMAGE018
的顺序进行逐点搜索，找到第二次出现
Figure 322995DEST_PATH_IMAGE019
且
Figure 978230DEST_PATH_IMAGE020
的两个点，此时的索引
Figure 218718DEST_PATH_IMAGE017
记为
Figure 966095DEST_PATH_IMAGE024
，利用式(3)进行计算，得到
Figure 255125DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 138767DEST_PATH_IMAGE025
之间的第二上升过零时刻值
Figure 737107DEST_PATH_IMAGE026
。
Figure 706200DEST_PATH_IMAGE035
(3)
根据所述第一上升过零时刻值
Figure 798921DEST_PATH_IMAGE023
和第二上升过零时刻值
Figure 740333DEST_PATH_IMAGE026
，计算得到信号粗略频率值
Figure 384941DEST_PATH_IMAGE027
。
Figure 467428DEST_PATH_IMAGE036
(4)
按照
Figure 488474DEST_PATH_IMAGE017
从0到
Figure 222075DEST_PATH_IMAGE018
的顺序依次计算式(5)，得到整周期采样长度偏差
Figure 240846DEST_PATH_IMAGE028
。
Figure 918952DEST_PATH_IMAGE037
(5)
式中，
Figure 602743DEST_PATH_IMAGE038
表示不大于
Figure 581064DEST_PATH_IMAGE039
的最大整数，
Figure 442840DEST_PATH_IMAGE040
表示取
Figure 77084DEST_PATH_IMAGE041
的绝对值。
当第一次出现
Figure 174353DEST_PATH_IMAGE029
且
Figure 367699DEST_PATH_IMAGE030
时，记此时的索引
Figure 525011DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure 53076DEST_PATH_IMAGE032
，得到调整后的信号长度
Figure 219615DEST_PATH_IMAGE033
，使得参与计算的信号尽可能满足整周期采样，以减少后续频谱插值计算时的频谱泄漏影响，提高相位差估计精度。
Figure 31582DEST_PATH_IMAGE042
(6)
根据所述第一上升过零时刻值
Figure 563057DEST_PATH_IMAGE023
、第二上升过零时刻值
Figure 703052DEST_PATH_IMAGE026
，以及所述调整后的信号长度
Figure 17489DEST_PATH_IMAGE033
，利用式(7)得到调整后的信号频谱最大值索引
Figure 824908DEST_PATH_IMAGE015
。
Figure 950122DEST_PATH_IMAGE043
(7)
式中，符号
Figure 577412DEST_PATH_IMAGE044
表示取最接近于
Figure 23437DEST_PATH_IMAGE045
的整数。
对第一路振动信号
Figure 560728DEST_PATH_IMAGE001
和第二路信号
Figure 230744DEST_PATH_IMAGE002
进行计算：
根据所述信号频谱最大值索引
Figure 469965DEST_PATH_IMAGE015
，利用式(8)对第一路信号进行插值，计算得到第一插值点频谱值
Figure 516418DEST_PATH_IMAGE046
和第二插值点频谱值
Figure 908216DEST_PATH_IMAGE047
。
Figure DEST_PATH_IMAGE077
(8)
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为虚数单位。
根据所述第一插值点频谱值
Figure 437549DEST_PATH_IMAGE046
和第二插值点频谱值
Figure 977114DEST_PATH_IMAGE047
，利用式(9)计算得到第一频谱偏移量
Figure 437046DEST_PATH_IMAGE048
。
Figure DEST_PATH_IMAGE079
(9)
式中，符号
Figure DEST_PATH_IMAGE080
表示取复数
Figure DEST_PATH_IMAGE081
的实部。
然后利用第一频谱偏移量
Figure 198197DEST_PATH_IMAGE048
和所述信号频谱最大值索引
Figure 836114DEST_PATH_IMAGE015
计算得到第一路信号复幅值粗略估计值
Figure 925293DEST_PATH_IMAGE049
。
Figure DEST_PATH_IMAGE082
(10)
根据所述信号频谱最大值索引
Figure 454494DEST_PATH_IMAGE015
和所述第一频谱偏移量，继续对第一路信号进行插值，利用式(11)计算得到第三插值点频谱值
Figure 70152DEST_PATH_IMAGE050
和第四插值点频谱值
Figure 456134DEST_PATH_IMAGE051
。
Figure DEST_PATH_IMAGE084
(11)
根据所述第一频谱偏移量和所述信号复幅值粗略估计值，利用(12)分别计算得到第一频谱泄漏量
Figure 173555DEST_PATH_IMAGE052
和第二频谱泄漏量
Figure 99922DEST_PATH_IMAGE053
。
Figure DEST_PATH_IMAGE085
(12)
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
表示所述复幅值粗略估计值
Figure 20954DEST_PATH_IMAGE049
的共轭复数。
利用式(13)，对所述第三插值点频谱值和所述第四插值点频谱值进行校正，进一步降低频谱泄漏的影响，计算得到第五插值点频谱值
Figure 374575DEST_PATH_IMAGE054
和第六插值点频谱值
Figure 562979DEST_PATH_IMAGE055
。
Figure DEST_PATH_IMAGE087
(13)
根据所述第五插值点频谱值和第六插值点频谱值，利用式(14)计算得到第二频谱偏移量
Figure 433983DEST_PATH_IMAGE056
。
Figure DEST_PATH_IMAGE088
(14)
根据所述第二频谱偏移量和所述频谱索引，计算得到第一路信号精确的复幅值
Figure 791278DEST_PATH_IMAGE057
和第二路信号精确的复幅值
Figure 581379DEST_PATH_IMAGE058
：
Figure DEST_PATH_IMAGE089
(15)
从而得到第一路信号初相位
Figure 7812DEST_PATH_IMAGE007
和第二路信号初相位
Figure 666196DEST_PATH_IMAGE008
。
Figure 986319DEST_PATH_IMAGE064
(16)
式中，
Figure 557108DEST_PATH_IMAGE065
和
Figure 329892DEST_PATH_IMAGE066
分别表示取复幅值
Figure 605016DEST_PATH_IMAGE057
和复幅值
Figure 140165DEST_PATH_IMAGE058
的角度。
计算两路信号相位差，调整下一次采样信号长度：
根据所述第一路信号初相位
Figure 272069DEST_PATH_IMAGE007
和所述第二路信号初相位
Figure 407515DEST_PATH_IMAGE008
，得到两路信号相位差。
Figure 283067DEST_PATH_IMAGE014
(17)
并根据所述频谱索引和所述第二频谱偏移量，按照
Figure 171257DEST_PATH_IMAGE017
从0到
Figure 677325DEST_PATH_IMAGE068
的顺序依次计算式(18)，得到第二整周期采样长度偏差
Figure 159122DEST_PATH_IMAGE069
。
Figure 448152DEST_PATH_IMAGE070
(18)
式中，
Figure 597374DEST_PATH_IMAGE071
表示取
Figure 697179DEST_PATH_IMAGE072
的绝对值。
当第一次出现
Figure 666272DEST_PATH_IMAGE073
且
Figure 86889DEST_PATH_IMAGE074
时，记此时的索引
Figure 700404DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure 345012DEST_PATH_IMAGE075
，得到下一次信号采样长度
Figure 191614DEST_PATH_IMAGE067
，使得采样信号尽可能满足整周期采样，减少频域计算频谱泄漏影响，同时可避免因式(6)造成参与计算的信号长度变短的影响，提高相位差估计精度。
Figure 947081DEST_PATH_IMAGE076
(19)
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：对流量管两端的振动状态进行采样，分别获得第一路信号和第二路信号；
步骤2：对所述第一路信号进行预处理，得到所述第一路信号的信号频谱最大值索引
Figure 732717DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤3：基于信号频谱最大值索引
Figure 573634DEST_PATH_IMAGE001
，计算得到第一路信号的初相位和第二路信号的初相位；
步骤4：基于第一路信号的初相位和第二路信号的初相位，计算得到第一路信号与第二路信号的相位差，基于所述相位差获得流量管中介质的质量流量；
所述步骤2具体包括：
按照
Figure 909938DEST_PATH_IMAGE002
从0到
Figure 228924DEST_PATH_IMAGE003
的顺序进行逐点搜索，找到第一次出现
Figure 599862DEST_PATH_IMAGE004
且
Figure 611680DEST_PATH_IMAGE005
的两个点，此时的索引
Figure 700859DEST_PATH_IMAGE002
记为
Figure 89115DEST_PATH_IMAGE006
，计算得到
Figure 314560DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 497280DEST_PATH_IMAGE007
之间的第一上升过零时刻值
Figure 808175DEST_PATH_IMAGE008
；
得到
Figure 122DEST_PATH_IMAGE008
后，按照
Figure 345653DEST_PATH_IMAGE002
从
Figure 964853DEST_PATH_IMAGE007
到
Figure 497466DEST_PATH_IMAGE003
的顺序进行逐点搜索，找到第二次出现
Figure 227524DEST_PATH_IMAGE004
且
Figure 896403DEST_PATH_IMAGE005
的两个点，此时的索引
Figure 952084DEST_PATH_IMAGE002
记为
Figure 971992DEST_PATH_IMAGE009
，计算得到
Figure 240163DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 29127DEST_PATH_IMAGE010
之间的第二上升过零时刻值
Figure 255709DEST_PATH_IMAGE011
；
根据所述第一上升过零时刻值
Figure 762914DEST_PATH_IMAGE008
和第二上升过零时刻值
Figure 834775DEST_PATH_IMAGE011
，计算得到信号粗略频率值
Figure 743825DEST_PATH_IMAGE012
；
按照
Figure 610150DEST_PATH_IMAGE002
从0到
Figure 604651DEST_PATH_IMAGE003
的顺序依次计算得到第一整周期采样长度偏差
Figure 220483DEST_PATH_IMAGE013
；
当第一次出现
Figure 249619DEST_PATH_IMAGE014
且
Figure 21266DEST_PATH_IMAGE015
时，记此时的索引
Figure 768642DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 916727DEST_PATH_IMAGE017
，得到调整后的信号长度
Figure 800369DEST_PATH_IMAGE018
；
根据所述第一上升过零时刻值
Figure 274076DEST_PATH_IMAGE008
、所述第二上升过零时刻值
Figure 243169DEST_PATH_IMAGE011
和所述调整后的信号长度
Figure 929365DEST_PATH_IMAGE018
，计算得到调整后的信号频谱最大值索引
Figure 933093DEST_PATH_IMAGE001
。
2.根据权利要求1所述的一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，其特征在于，所述步骤4还包括调整下一次采样信号的长度。
3.根据权利要求2所述的一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，其特征在于，第一路信号为
Figure 312122DEST_PATH_IMAGE019
，第二路信号为
Figure 502932DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 992819DEST_PATH_IMAGE021
其中，
Figure 851053DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 666563DEST_PATH_IMAGE023
分别表示振动信号振动频率和振动幅值，
Figure 344669DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 638247DEST_PATH_IMAGE025
分别表示第一路信号
Figure 85409DEST_PATH_IMAGE019
和第二路信号
Figure 71819DEST_PATH_IMAGE020
的初相位，
Figure 768380DEST_PATH_IMAGE026
为采样频率，索引
Figure 865649DEST_PATH_IMAGE027
为采样时刻点，
Figure 167317DEST_PATH_IMAGE028
为信号长度，
Figure 324629DEST_PATH_IMAGE029
是均值为0，方差为
Figure 977327DEST_PATH_IMAGE030
的加性高斯白噪声。
4.根据权利要求1所述的一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，其特征在于，所述第一上升过零时刻值
Figure 612708DEST_PATH_IMAGE008
、所述第二上升过零时刻值
Figure 300041DEST_PATH_IMAGE011
和信号粗略频率值
Figure 893834DEST_PATH_IMAGE012
的计算方式分别为：
Figure 768249DEST_PATH_IMAGE031
Figure 472899DEST_PATH_IMAGE032
Figure 749160DEST_PATH_IMAGE033
。
5.根据权利要求1所述的一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，其特征在于，第一整周期采样长度偏差
Figure 982695DEST_PATH_IMAGE013
的计算方式为：
Figure 609986DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure 587169DEST_PATH_IMAGE035
表示小于或等于
Figure 983515DEST_PATH_IMAGE036
的最大整数，
Figure 653531DEST_PATH_IMAGE037
表示取
Figure 768117DEST_PATH_IMAGE038
的绝对值。
6.根据权利要求1所述的一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，其特征在于，调整后的信号长度
Figure 283412DEST_PATH_IMAGE018
的计算方式为：
Figure 534265DEST_PATH_IMAGE039
信号频谱最大值索引
Figure 375182DEST_PATH_IMAGE001
的计算方式为：
Figure 971206DEST_PATH_IMAGE040
其中，
Figure 290191DEST_PATH_IMAGE041
表示取最接近于
Figure 661130DEST_PATH_IMAGE042
的整数。
7.根据权利要求3所述的一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
根据所述信号频谱最大值索引
Figure 672948DEST_PATH_IMAGE001
，对第一路信号进行插值计算得到第一插值点频谱值
Figure 496548DEST_PATH_IMAGE043
和第二插值点频谱值
Figure 884804DEST_PATH_IMAGE044
；
根据所述第一插值点频谱值
Figure 844670DEST_PATH_IMAGE043
和第二插值点频谱值
Figure 27389DEST_PATH_IMAGE044
，计算得到第一频谱偏移量
Figure 338285DEST_PATH_IMAGE045
；
基于第一频谱偏移量
Figure 264652DEST_PATH_IMAGE045
计算得到第一路信号的复幅值粗略估计值
Figure 344604DEST_PATH_IMAGE046
；
根据所述信号频谱最大值索引
Figure 963804DEST_PATH_IMAGE001
和所述第一频谱偏移量
Figure 761996DEST_PATH_IMAGE045
，继续对第一路信号进行插值计算得到第三插值点频谱值
Figure 960896DEST_PATH_IMAGE047
和第四插值点频谱值
Figure 160933DEST_PATH_IMAGE048
；
根据所述第一频谱偏移量
Figure 685455DEST_PATH_IMAGE045
和所述复幅值粗略估计值
Figure 705364DEST_PATH_IMAGE046
，计算得到第一频谱泄漏量
Figure 973534DEST_PATH_IMAGE049
和第二频谱泄漏量
Figure 28078DEST_PATH_IMAGE050
；
基于所述第一频谱泄漏量
Figure 457922DEST_PATH_IMAGE049
和所述第二频谱泄漏量
Figure 230706DEST_PATH_IMAGE050
对所述第三插值点频谱值
Figure 36988DEST_PATH_IMAGE047
和所述第四插值点频谱值
Figure 946038DEST_PATH_IMAGE048
进行校正，得到第五插值点频谱值
Figure 77942DEST_PATH_IMAGE051
和第六插值点频谱值
Figure 806864DEST_PATH_IMAGE052
；
根据所述第五插值点频谱值
Figure 682416DEST_PATH_IMAGE051
和所述第六插值点频谱值
Figure 445973DEST_PATH_IMAGE052
，计算得到第二频谱偏移量
Figure 483199DEST_PATH_IMAGE053
；
根据所述第二频谱偏移量
Figure 230575DEST_PATH_IMAGE053
和所述信号频谱最大值索引
Figure 644239DEST_PATH_IMAGE001
，计算得到第一路信号的复幅值
Figure 262302DEST_PATH_IMAGE054
和第二路信号的复幅值
Figure 204850DEST_PATH_IMAGE055
；
基于所述第一路信号的复幅值
Figure 173943DEST_PATH_IMAGE054
和所述第二路信号的复幅值
Figure 391298DEST_PATH_IMAGE055
计算得到第一路信号初相位
Figure 129447DEST_PATH_IMAGE056
和第二路信号初相位
Figure 508476DEST_PATH_IMAGE057
。
8.根据权利要求7所述的一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，其特征在于，所述第二频谱偏移量
Figure 964865DEST_PATH_IMAGE053
的计算方式为：
Figure 720331DEST_PATH_IMAGE058
其中，
Figure 312987DEST_PATH_IMAGE059
表示取复数
Figure 134355DEST_PATH_IMAGE060
的实部；
第一路信号的复幅值
Figure 812461DEST_PATH_IMAGE054
和第二路信号的复幅值
Figure 106039DEST_PATH_IMAGE055
的计算方式分别为：
Figure 553201DEST_PATH_IMAGE061
第一路信号初相位
Figure 539612DEST_PATH_IMAGE056
和第二路信号初相位
Figure 970593DEST_PATH_IMAGE057
的计算方式为：
Figure 802283DEST_PATH_IMAGE062
其中，
Figure 369530DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 261263DEST_PATH_IMAGE064
分别表示取复幅值
Figure 913961DEST_PATH_IMAGE054
和复幅值
Figure 549342DEST_PATH_IMAGE055
的角度。
9.根据权利要求7所述的一种高精度科氏流量计数字信号处理方法，其特征在于，下一次采样信号的长度
Figure 236675DEST_PATH_IMAGE065
的获得方式为：
所述信号频谱最大值索引
Figure 299309DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二频谱偏移量
Figure 439303DEST_PATH_IMAGE053
，按照
Figure 143954DEST_PATH_IMAGE002
从0到
Figure 420215DEST_PATH_IMAGE066
的顺序依次采用以下公式计算得到第二整周期采样长度偏差
Figure 919329DEST_PATH_IMAGE067
；
Figure 546620DEST_PATH_IMAGE068
其中，
Figure 523803DEST_PATH_IMAGE069
表示取
Figure 920149DEST_PATH_IMAGE070
的绝对值；
当第一次出现
Figure 590165DEST_PATH_IMAGE071
且
Figure 439172DEST_PATH_IMAGE072
时，此时的索引
Figure 485626DEST_PATH_IMAGE073
为
Figure 736479DEST_PATH_IMAGE074
，得到下一次信号采样的长度
Figure 311816DEST_PATH_IMAGE065
；
Figure 648120DEST_PATH_IMAGE075
。
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