一种高精度科氏流量计数字信号处理方法技术

本发明专利技术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；本发明专利技术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。的处理精度。的处理精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度科氏流量计数字信号处理方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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和，如式(1)示。
[0004]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式（1）中：、分别表示振动信号振动频率、振动幅值，和分别表示第一路信号和第二路信号的初相位，为采样频率，索引为采样时刻点，为信号长度，是均值为0，方差为的加性高斯白噪声。
[0005]通过计算两路信号的初相位和，可得到两路信号相位差，即可得到流量管中介质的质量流量。
[0006]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。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的为提高科氏流量计两路振动信号相位差的处理精度。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术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；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。
[0009]其中，为推动高精度科氏流量计的发展，本专利技术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。
[0010]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。
[0011]优选的，第一路信号为，第二路信号为；其中，和分别表示振动信号振动频率和振动幅值，和分别表示第一路信号和第二路信号的初相位，为采样频率，索引为采样时刻点，为信号长度，是均值为0，方差为的加性高斯白噪声。
[0012]优选的，所述步骤2具体包括：按照从0到的顺序进行逐点搜索，找到第一次出现且的两个点，此时的索引记为，计算得到和之间的第一上升过零时刻值；得到后，按照从到的顺序进行逐点搜索，找到第二次出现且的两个点，此时的索引记为，计算得到和之间的第二上升过零时刻值；根据所述第一上升过零时刻值和第二上升过零时刻值，计算得到信号粗略频率值；按照从0到的顺序依次计算得到第一整周期采样长度偏差；
当第一次出现且时，记此时的索引为，得到调整后的信号长度；根据所述第一上升过零时刻值、所述第二上升过零时刻值和所述调整后的信号长度，计算得到调整后的信号频谱最大值索引。
[0013]优选的，所述第一上升过零时刻值、所述第二上升过零时刻值和信号粗略频率值的计算方式分别为：的计算方式分别为：的计算方式分别为：。
[0014]优选的，第一整周期采样长度偏差的计算方式为：其中，表示小于或等于的最大整数，表示取的绝对值。
[0015]优选的，调整后的信号长度的计算方式为：信号频谱最大值索引的计算方式为：其中，表示取最接近于的整数。
[0016]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，对第一路信号进行插值计算得到第一插值点频谱值和第二插值点频谱值；
根据所述第一插值点频谱值和第二插值点频谱值，计算得到第一频谱偏移量；基于第一频谱偏移量计算得到第一路信号的复幅值粗略估计值；根据所述信号频谱最大值索引和所述第一频谱偏移量，继续对第一路信号进行插值计算得到第三插值点频谱值和第四插值点频谱值；根据所述第一频谱偏移量和所述复幅值粗略估计值，计算得到第一频谱泄漏量和第二频谱泄漏量；基于所述第一频谱泄漏量和所述第二频谱泄漏量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，得到第五插值点频谱值和第六插值点频谱值；根据所述第五插值点频谱值和所述第六插值点频谱值，计算得到第二频谱偏移量；根据所述第二频谱偏移量和所述信号频谱最大值索引，计算得到第一路信号的复幅值和第二路信号的复幅值；基于所述第一路信号的复幅值和所述第二路信号的复幅值计算得到第一路信号初相位和第二路信号初相位。
[0017]优选的，所述第二频谱偏移量的计算方式为：其中，表示表示取复数的实部；第一路信号的复幅值和第二路信号的复幅值的计算方式分别为：
从第一路信号初相位和第二路信号初相位的计算方式为：其中，和分别表示取复幅值和复幅值的角度。
[0018]优选的，下一次采样信号的长度的获得方式为：所述信号频谱最大值索引和所述第二频谱偏移量，按照从0到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；其中，表示取的绝对值；当第一次出现且时，此时的索引为，得到下一次信号采样的长度；。
[0019]本专利技术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：本专利技术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
[0020]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本专利技术的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；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
[0021]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术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，本专利技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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；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。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，第二路信号为；其中，和分别表示振动信号振动频率和振动幅值，和分别表示第一路信号和第二路信号的初相位，为采样频率，索引为采样时刻点，为信号长度，是均值为0，方差为的加性高斯白噪声。4.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2具体包括：按照从0到的顺序进行逐点搜索，找到第一次出现且的两个点，此时的索引记为，计算得到和之间的第一上升过零时刻值；得到后，按照从到的顺序进行逐点搜索，找到第二次出现且的两个点，此时的索引记为，计算得到和之间的第二上升过零时刻值；根据所述第一上升过零时刻值和第二上升过零时刻值，计算得到信号粗略频率值；按照从0到的顺序依次计算得到第一整周期采样长度偏差；当第一次出现且时，记此时的索引为，得到调整后的信号长度；根据所述第一上升过零时刻值、所述第二上升过零时刻值和所述调整后的信号长
度，计算得到调整后的信号频谱最大值索引。5.根据权利要求4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、所述第二上升过零时刻值和信号粗略频率值的计算方式分别为：为：为：。6.根据权利要求4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的计算方式为：其中，表示小于或等...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，陈晓辉，牟令，苏欣，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：