一種數位訊號處理算法在dsp系統上的應用方法
2023-12-05 08:27:56
一種數位訊號處理算法在dsp系統上的應用方法
【專利摘要】本發明涉及基於科裡奧利原理的質量流量計信號處理和應用【技術領域】，特別是一種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法。該方法基於流量時變的特點，設計設計一種基於自適應格型IIR陷波濾波器與Hilbert變換方法組成的數位訊號處理算法，該算法不用進行迭代運算，因此誤差不會累積，可以保持測量精度的穩定性，而且沒有收斂時間；最後以模塊化方式設計了基於DSP數位訊號處理器的科裡奧利質量流量計軟硬體系統，在減少精度損失的情況下將該算法移植到DSP系統上。本發明方法實現了科裡奧利質量流量計流量參數的高速、高精度計算。
【專利說明】—種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及基於科裡奧利原理的質量流量計信號處理和應用【技術領域】，特別是一種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法。
【背景技術】
[0002]科裡奧利質量流量計(Coriolis Mass Flowmeter,英文縮寫為CMF,以下簡稱科裡奧利質量流量計)是一種依據科裡奧利力原理研製而成的，即處於旋轉體系中的流體同時作直線運動就會產生一種與流體質量成正比的科裡奧利力。該流量計於1977年由MicroMotion公司率先研製成功，它不但擁有較高的準確性、穩定性、重複性，而且在測量管內沒有阻流元件，很大程度上提高了可靠性和使用壽命。目前大部分汽車用的清潔燃料壓縮天然氣(CNG)就是用它進行計量的，而且在石油、造紙、建材、食品、醫藥、能源、生物工程、航天等部門的應用也越來越多。
[0003]與普通的流量計只能測量體積流量不同，科裡奧利質量流量計則可以直接高精度地測量流體質量流量，它除了能夠用於測量各類常規流體外，還能用於測量非常規流體，如批料流/兩相流、液化氣體、漿液和壓縮天然氣，因此，科裡奧利質量流量計的應用也越來越廣泛，但是由於技術發展還不夠成熟，測量精度還沒有達到人們預期的效果。
[0004]近幾年國內外對科裡奧利質量流量計的研究也取得一些成果。
[0005]北京航空大學研究了針對新型的直管式和類直管型科氏流量計的信號處理方法及系統，該方法以FFT算法作為核心，由FPGA邏輯電路和外圍電路來實現對傳感器信號的頻率跟蹤,調整直接數字式頻率合成器(DDS)生成可變時鐘，可以實現對採樣頻率的閉環控制，使FFT算法能夠進行整周期採樣，降低非整周期導致的截斷形成頻譜洩露。但該系統的計算誤差較大。合肥工業大學對科氏流量計的驅動系統和數位訊號處理方法進行了研究，在DSP系統中對輸入信號的過零點進行分析判斷，確定信號的相位。並於2010年完成了以DSP為核心的CMF變送器的系統測試和實驗標定，該系統將自適應格型陷波濾波與SDTFT遞推算法組合起來，能夠精確跟蹤信號的頻率。但是容易受噪聲幹擾，影響較為嚴重，計算精度難以達到要求，由於存在迭代運算，其誤差會不斷累積，導致測量精度下降。
[0006]美國專利US6073495的方案是將兩路傳感器輸出信號的差分信號通過正交解調處理計算出相位差，同時利用其分量控制兩路傳感器信號的幅值大小。FoxbOTo公司專利US20020038186的方案是先使用與信號頻率相近的信號對兩路信號正交解調後再計算頻率值、幅值與相位差。牛津大學的Henry提出採用同步調製技術處理科氏流量計的兩路傳感器輸出信號。該方法是通過調製信號，經過濾波之後構造得到的新函數能夠反映信號的幅值和頻率信息。Freeman在他的專利中首先提出了使用數字鎖相環(PLL)技術處理科氏流量計的兩路信號。與DFT方法相比，該方法頻率跟蹤、相位差計算的實時性更好；頻率跟蹤對隨機噪聲和固定頻率幹擾有較強的抑制作用。但與ALE方法相比，該方法所需的採樣點更多，計算量更大，並且進行頻率估計是採用查表方式，對內存的要求較高，同時相位差的計算受到隨機噪聲影響較大，是誤差的主要原因。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種實現科裡奧利質量流量計流量參數的高速、高精度計算數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法。
[0008]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法，包括如下步驟，
步驟SOl:根據科裡奧利質量流量計特性，設計一種基於自適應格型IIR陷波濾波器與Hilbert變換方法組成的數位訊號處理算法；
步驟S02:將所述步驟SOl獲得的數位訊號處理算法，移植到DSP系統上；
步驟S03:通過所述步驟S02移植有數位訊號處理算法的DSP系統，處理科裡奧利質量流量計的數位訊號。
[0009]在本發明實施例中，所述數位訊號處理算法，具體包括如下步驟，
步驟S21:信號濾波:對科裡奧利質量流量計的輸入信號進行數字濾波，並進行噪聲濾除，得到預定頻帶信號；然後，通過自適應格型IIR陷波濾波器對該預定頻帶信號進行濾波處理，輸出增強信號；
步驟S22:相位差計算:通過相位差算法對所述步驟S21得到的增強信號進行相位差計
算；
步驟S23:流量計算:根據所述步驟S22得到的相位差值，計算得到信號的時間差與流量。
[0010]在本發明實施例中，所述相位差算法，具體實現過程如下，
設經濾波後的兩路增強信號為:
【權利要求】
1.一種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法，其特徵在於:包括如下步驟， 步驟SOl:根據科裡奧利質量流量計特性，設計一種基於自適應格型IIR陷波濾波器與Hilbert變換方法組成的數位訊號處理算法； 步驟S02:將所述步驟SOl獲得的數位訊號處理算法，移植到DSP系統上； 步驟S03:通過所述步驟S02移植有數位訊號處理算法的DSP系統，處理科裡奧利質量流量計的數位訊號。
2.根據權利要求1所述的一種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法，其特徵在於:所述數位訊號處理算法，具體包括如下步驟， 步驟S21:信號濾波:對科裡奧利質量流量計的輸入信號進行數字濾波，並進行噪聲濾除，得到預定頻帶信號；然後，通過自適應格型IIR陷波濾波器對該預定頻帶信號進行濾波處理，輸出增強信號； 步驟S22:相位差計算:通過相位差算法對所述步驟S21得到的增強信號進行相位差計算； 步驟S23:流量計算:根據所述步驟S22得到的相位差值，計算得到信號的時間差與流 量。
3.根據權利要求2所述的一種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法，其特徵在於:所述相位差算法，具體實現過程如下， 設經濾波後的兩路增強信號為:
4.根據權利要求1所述的一種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法，其特徵在於:所述DSP系統包括主控器及與該主控器連接的用於為系統供電的電源管理模塊、信號調理與採集模塊和人機接口模塊。
5.根據權利要求4所述的一種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法，其特徵在於:所述信號調理與採集模塊包括AD轉換模塊。
6.根據權利要求4所述的一種數位訊號處理算法在DSP系統上的應用方法，其特徵在於:所述人機接口 模塊包括LCD模塊和鍵盤模塊。
【文檔編號】G01F1/84GK103984873SQ201410238233
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月31日 優先權日:2014年5月31日
【發明者】林偉, 蔡選憲 申請人:福州大學