CN117824758A - 一种涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涡街流量计，具体涉及一种涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，完成涡街信号模拟到数字采集后进行频谱分析的同时，对采集到的原始信号进行遍历扫描，以确定有效信号对应的有效起始点、有效结束点，并基于有效起始点和有效结束点计算有效信号对应的瞬态流流量；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法对瞬态流进行准确计量的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及涡街流量计，具体涉及一种涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法。
背景技术
涡街流量计目前已经得到广泛应用，尤其是在蒸汽和中低压气体的流量检测方面占有重要地位，这是因为其精确度较高、范围度较宽、线性良好、无零点漂移，而且结构简单、牢固、安装维护方便等。作为一种速度式流量计，常用的对象为稳态流，但在某些特殊应用场景中如蒸汽注塑，蒸汽的流量由0快速增加到大流量，持续短暂的时间后又快速变成0，整个过程长则1min，短则10s。
授权公告号为CN 101788313 B的发明专利中公开了一种高频响流体瞬态流量计，提出使用两个热线测速探针来测量瞬态流流量，使用热线测速探针作为传感器，该流量计显然是基于热扩散原理设计的，而对于诸如蒸汽或者组分不明确的气体介质，热线式流量计无法正常工作。
现有的涡街流量计在对瞬态流流量进行计量时存在三个明显的缺点，首先是存在一定的阻尼或者滤波，由于数据的平滑导致结果在瞬态时间内失真；其次，通过计数脉冲的方法进行瞬态流计算的过程中，当遇到流量信号含有噪声时就会出现测量异常；更重要的是，当采用传统的数字信号谱分析方法处理时，一段时间内采集信号计算得到的频率代表的是整个时间段，而瞬态流可能只有一部分为有效流量，从而无法对瞬态流进行准确计量。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，能够有效克服现有技术所存在的无法对瞬态流进行准确计量的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，完成涡街信号模拟到数字采集后进行频谱分析的同时，对采集到的原始信号进行遍历扫描，以确定有效信号对应的有效起始点、有效结束点，并基于有效起始点和有效结束点计算有效信号对应的瞬态流流量。
优选地，所述对采集到的原始信号进行遍历扫描，以确定有效信号对应的有效起始点、有效结束点，包括：
S1、通过作差判断起始点的变化趋势，当变化趋势为下降趋势时进入S2，否则进入S4；
S2、逐点扫描，判断扫描点幅值是否大于高电平阈值，如果是，则以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值大于高电平阈值时，对当前有效结束点进行更新；否则进入S3；
S3、当扫描点幅值小于低电平阈值时，以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值小于低电平阈值时，对当前有效结束点进行更新；
S4、逐点扫描，判断扫描点幅值是否小于低电平阈值，如果是，则以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值小于低电平阈值时，对当前有效结束点进行更新，否则进入S5；
S5、当扫描点幅值大于高电平阈值时，以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值大于高电平阈值时，对当前有效结束点进行更新。
优选地，所述基于有效起始点和有效结束点计算有效信号对应的瞬态流流量，包括：
获取有效起始点、有效结束点在N个采样点中的位置，分别记为NStart、NEnd，并对采集到的信号进行频谱分析计算，得到数字频率fn，采用下式计算有效信号对应的瞬态流流量Q：
其中，fs为数字采样率，K为涡街流量计的仪表系数。
优选地，所述高电平阈值和低电平阈值的设置，包括：
定义一个参数可调整的阈值电平Vth，将Vref+Vth、Vref-Vth分别作为高电平阈值、低电平阈值，当信号幅值大于高电平阈值Vref+Vth时，认为出现有效高电平，当信号幅值小于低电平阈值Vref-Vth时，认为出现有效低电平；
其中，Vref为参考电压。
优选地，所述涡街信号模拟到数字采集后进行频谱分析之前，包括：
以硬件计数器的计数值为参考，判断当前流量范围，根据硬件计数器换算得到的频率设置合适的数字采样率以满足采样定理。
优选地，所述以硬件计数器的计数值为参考，判断当前流量范围，根据硬件计数器换算得到的频率设置合适的数字采样率以满足采样定理，包括：
以T0为时间间隔计算硬件计数器频率，当硬件计数器的计数值Chard大于预设阈值C0时，则根据硬件计数器的计数值Chard设置满足采样定理的数字采样率fs，否则数字采样率fs保持为默认采样率fsLow。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，相对于传统涡街流量计可以及时根据硬件计数器的计数值来动态设置采样率，并且能够准确找到采集信号中的有效起始点、有效结束点，确定有效信号的精确时间，实现对瞬态流的准确计量，不仅能够减小计量误差的波动，更能够将计量误差保证在2.5％以内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中进行遍历扫描过程中确定有效信号对应的有效起始点、有效结束点的流程示意图；
图2为典型的瞬态流信号的示意图；
图3为各种算法之间的误差对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，完成涡街信号模拟到数字采集后进行频谱分析的同时，对采集到的原始信号进行遍历扫描，以确定有效信号对应的有效起始点、有效结束点，并基于有效起始点和有效结束点计算有效信号对应的瞬态流流量。
①涡街信号模拟到数字采集后进行频谱分析之前，包括：
以硬件计数器的计数值为参考，判断当前流量范围，根据硬件计数器换算得到的频率设置合适的数字采样率以满足采样定理。
具体地，以硬件计数器的计数值为参考，判断当前流量范围，根据硬件计数器换算得到的频率设置合适的数字采样率以满足采样定理，包括：
以T0(T0≤10ms)为时间间隔计算硬件计数器频率，当硬件计数器的计数值Chard大于预设阈值C0时，则根据硬件计数器的计数值Chard设置满足采样定理的数字采样率fs，否则数字采样率fs保持为默认采样率fsLow。
②对采集到的原始信号进行遍历扫描，以确定有效信号对应的有效起始点、有效结束点，包括：
S1、通过作差判断起始点的变化趋势，当变化趋势为下降趋势时进入S2，否则进入S4；
S2、逐点扫描，判断扫描点幅值是否大于高电平阈值，如果是，则以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值大于高电平阈值时，对当前有效结束点进行更新；否则进入S3；
S3、当扫描点幅值小于低电平阈值时，以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值小于低电平阈值时，对当前有效结束点进行更新；
S4、逐点扫描，判断扫描点幅值是否小于低电平阈值，如果是，则以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值小于低电平阈值时，对当前有效结束点进行更新，否则进入S5；
S5、当扫描点幅值大于高电平阈值时，以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值大于高电平阈值时，对当前有效结束点进行更新。
本申请技术方案中，高电平阈值和低电平阈值的设置，包括：
定义一个参数可调整的阈值电平Vth，将Vref+Vth、Vref-Vth分别作为高电平阈值、低电平阈值，当信号幅值大于高电平阈值Vref+Vth时，认为出现有效高电平，当信号幅值小于低电平阈值Vref-Vth时，认为出现有效低电平；
其中，Vref为参考电压。
③基于有效起始点和有效结束点计算有效信号对应的瞬态流流量，包括：
获取有效起始点、有效结束点在N个采样点中的位置，分别记为NStart、NEnd，并对采集到的信号进行频谱分析计算，得到数字频率fn，采用下式计算有效信号对应的瞬态流流量Q(单位为m3/s)：
其中，fs为数字采样率，K为涡街流量计的仪表系数，单位为P/m3。
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，并不会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 (6)
1.一种涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，其特征在于：完成涡街信号模拟到数字采集后进行频谱分析的同时，对采集到的原始信号进行遍历扫描，以确定有效信号对应的有效起始点、有效结束点，并基于有效起始点和有效结束点计算有效信号对应的瞬态流流量。
2.根据权利要求1所述的涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，其特征在于：所述对采集到的原始信号进行遍历扫描，以确定有效信号对应的有效起始点、有效结束点，包括：
S1、通过作差判断起始点的变化趋势，当变化趋势为下降趋势时进入S2，否则进入S4；
S2、逐点扫描，判断扫描点幅值是否大于高电平阈值，如果是，则以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值大于高电平阈值时，对当前有效结束点进行更新；否则进入S3；
S3、当扫描点幅值小于低电平阈值时，以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值小于低电平阈值时，对当前有效结束点进行更新；
S4、逐点扫描，判断扫描点幅值是否小于低电平阈值，如果是，则以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值小于低电平阈值时，对当前有效结束点进行更新，否则进入S5；
S5、当扫描点幅值大于高电平阈值时，以该扫描点为有效起始点，并进行遍历扫描，当后续扫描中扫描到某点幅值大于高电平阈值时，对当前有效结束点进行更新。
3.根据权利要求2所述的涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，其特征在于：所述基于有效起始点和有效结束点计算有效信号对应的瞬态流流量，包括：
获取有效起始点、有效结束点在N个采样点中的位置，分别记为NStart、NEnd，并对采集到的信号进行频谱分析计算，得到数字频率fn，采用下式计算有效信号对应的瞬态流流量Q：
其中，fs为数字采样率，K为涡街流量计的仪表系数。
4.根据权利要求2所述的涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，其特征在于：所述高电平阈值和低电平阈值的设置，包括：
定义一个参数可调整的阈值电平Vth，将Vref+Vth、Vref-Vth分别作为高电平阈值、低电平阈值，当信号幅值大于高电平阈值Vref+Vth时，认为出现有效高电平，当信号幅值小于低电平阈值Vref-Vth时，认为出现有效低电平；
其中，Vref为参考电压。
5.根据权利要求1所述的涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，其特征在于：所述涡街信号模拟到数字采集后进行频谱分析之前，包括：
以硬件计数器的计数值为参考，判断当前流量范围，根据硬件计数器换算得到的频率设置合适的数字采样率以满足采样定理。
6.根据权利要求5所述的涡街流量计测量瞬态流的流量计算方法，其特征在于：所述以硬件计数器的计数值为参考，判断当前流量范围，根据硬件计数器换算得到的频率设置合适的数字采样率以满足采样定理，包括：
以T0为时间间隔计算硬件计数器频率，当硬件计数器的计数值Chard大于预设阈值C0时，则根据硬件计数器的计数值Chard设置满足采样定理的数字采样率fs，否则数字采样率fs保持为默认采样率fsLow。
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