專利名稱：基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量檢測領(lǐng)域，為一種渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，特別是一種以單片 機(jī)(MCU)為核心、基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
技術(shù)背景渦街流量計(jì)可以測量液體、氣體和蒸汽流量，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。但是，在工業(yè)現(xiàn)場， 由于管道與水泵、閥門和電動(dòng)機(jī)等設(shè)備相連，使得流量計(jì)工作時(shí)常常受到機(jī)械振動(dòng)干擾，影響流量的測量。這些機(jī)械振動(dòng)噪聲的特點(diǎn)是(l)能量比較大，有時(shí)甚至大于渦街流量 信號(hào)的能量；(2)頻率在渦街流量信號(hào)頻率范圍內(nèi)。目前，數(shù)字渦街流量計(jì)采用頻譜分析 等數(shù)字信號(hào)處理方法來提取渦街流量信息，當(dāng)流量信號(hào)的能量大于噪聲能量時(shí)是有效的。 但是，當(dāng)噪聲能量大于流量信號(hào)能量時(shí)，通常的數(shù)字信號(hào)處理方法會(huì)失效。為此，中國發(fā) 明專利公布了一種抗強(qiáng)固定干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)(徐科軍，朱志海，劉三 山，姜鵬.抗強(qiáng)固定干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，申請(qǐng)發(fā)明專利，200910116107. 1, 申請(qǐng)日2009.1.21.)?？紤]到當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備和管道安裝好之后，振動(dòng)的頻率就固定下來了 這個(gè)實(shí)際情況，該發(fā)明專利提出以下方案來解決此問題(l)采集渦街傳感器的信號(hào)進(jìn)行 頻譜分析，根據(jù)渦街流量信號(hào)是寬帶信號(hào)和固定振動(dòng)信號(hào)是窄帶信號(hào)的特點(diǎn)，以及現(xiàn)場設(shè) 備的有關(guān)參數(shù)，例如電機(jī)的轉(zhuǎn)速等，確定出管道的固定干擾頻率；(2)根據(jù)固定干擾頻率， 設(shè)計(jì)陷波濾波器，以陷掉固定干擾信號(hào)。但是，在有些情況下，振動(dòng)干擾頻率是變化的， 這種信號(hào)處理方法就不適用了 。國外SCHLATTER, Gerald，L.提出在建立噪聲模板和信號(hào)模板的基礎(chǔ)上，用頻域轉(zhuǎn)換 和互相關(guān)功率譜相結(jié)合的方法來消除渦街流量計(jì)中的強(qiáng)噪聲("Signal processing method and apparatus for flowmeter", WO 90/04230， 19 April 19卯)。但是，噪聲情況各種各樣，不易獲 得噪聲的所有模板。并且，專利沒有說明如何建立信號(hào)和噪聲的模板。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明專利所依據(jù)的原理是渦街流量信號(hào)和機(jī)械振動(dòng)噪聲具有不同的頻率帶寬特 征，即振動(dòng)噪聲是相對(duì)的窄帶信號(hào)，而渦街流量信號(hào)是相對(duì)的寬帶信號(hào)；而自相關(guān)函數(shù)可 以反映出信號(hào)的帶寬特征。本發(fā)明專利的技術(shù)方案是首先對(duì)渦街流量傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行頻 分析，按照一定的信噪比及幅值門限確定頻率，這些頻率可以是一個(gè)也可以是多個(gè)；然后，將這些頻率 作為帶通濾波器的中心頻率，分別對(duì)渦街流量傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波；再計(jì)算濾波后信 號(hào)在延遲r后的一段時(shí)間內(nèi)的自相關(guān)函數(shù)的峰值與^0時(shí)自柏關(guān)函數(shù)值的比值；最后，取 最小比值對(duì)應(yīng)的頻率作為渦街流量信號(hào)的頻率。 具體技術(shù)方案如下
一種基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，由模擬輸入模塊、模擬 輸出模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、脈沖輸出模塊、與外部單片機(jī)通信的通信模塊、人機(jī)接口模塊、 電源模塊和外部看門狗組成。首先對(duì)渦街流量傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，按照一定 的信噪比及幅值門限確定頻率，這些頻率可以是一個(gè)也可以是多個(gè)；然后，將這些頻率作 為帶通濾波器的中心頻率，分別對(duì)渦街流量傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波；再計(jì)算濾波后信號(hào) 在延遲T后一段時(shí)間內(nèi)自相關(guān)函數(shù)的峰值與"O時(shí)的自相關(guān)函數(shù)值的比值；最后，取最小 比值對(duì)應(yīng)的頻率作為渦街流量信號(hào)的頻率。
渦街流量信號(hào)和機(jī)械振動(dòng)噪聲具有不同的頻率帶寬特征，即振動(dòng)噪聲是相對(duì)的窄帶信 號(hào)，渦街流量信號(hào)是相對(duì)的寬帶信號(hào)；而通過自相關(guān)函數(shù)計(jì)算可以反映出信號(hào)的帶寬特征。
模擬輸入模塊包括壓電傳感器、電荷放大器、限幅放大器、低通濾波器、電壓跟隨器； 模擬輸出模塊包括光耦、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和4 20mA輸出電路；單片機(jī)模塊包括單片機(jī) MSP430F5418、復(fù)位電路、欠壓監(jiān)測電路、鐵電存儲(chǔ)器；脈沖輸出模塊包括光耦和整形電 路；與外部單片機(jī)通信的通信模塊包括通信模塊、光耦、整形電路和外部單片機(jī)；人機(jī)接 口模塊包括按鍵輸入和液晶顯示電路；電源模塊包括隔離和非隔離直流一直流變換器、低 壓差線性穩(wěn)壓器。
采樣的點(diǎn)數(shù)定為N點(diǎn)，不同口徑的渦街流量計(jì)的采樣頻率不同；對(duì)N點(diǎn)采樣值做快速 傅立葉變換之后，用最大的幅值乘以設(shè)定的信噪比作為幅值的下限值，取某一幅值為門限 值；將同時(shí)大于這兩個(gè)值的峰值所對(duì)應(yīng)的頻率記下來；此時(shí)，如果頻率的個(gè)數(shù)大于10，則 取前10個(gè)最大的。
針對(duì)權(quán)利要求4所確定的頻率BHz，實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)帶通濾波器；采用6階帶通巴特沃斯數(shù)字 濾波器；帶寬定為10Hz,則上邊界的截止頻率為(B-5)Hz，下邊界的截止頻率為(B+5)Hz。
取自相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值的平均值來計(jì)算其峰值，即絕對(duì)值的平均值是峰值的0. 637倍； 為了減小計(jì)算量，可以只計(jì)算半個(gè)周期的自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值的平均值；為了提高計(jì)算精度， 也可以計(jì)算多個(gè)周期自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值的平均值；根據(jù)實(shí)際的采樣頻率和信號(hào)的頻率，確
5定自相關(guān)函數(shù)的半個(gè)周期的點(diǎn)數(shù)。
根據(jù)不同采樣頻率，選擇不同的延遲時(shí)間；確定出要計(jì)算的自相關(guān)函數(shù)的點(diǎn)數(shù)；再 計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的自相關(guān)函數(shù)；求這些自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值的平均值；再根據(jù)絕對(duì)值的平均 值為峰值的0. 637倍的關(guān)系，得到這些自相關(guān)函數(shù)的峰值。
本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)是即使在渦街流量信號(hào)能量小于振動(dòng)噪聲能量的情況下，且振動(dòng) 噪聲的頻率是變化時(shí)，仍然能夠得到準(zhǔn)確的渦街流量信號(hào)頻率，從而排除強(qiáng)噪聲的干擾， 確?，F(xiàn)場測量精度。


圖1是渦街流量信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)圖。
圖2是振動(dòng)噪聲的自相關(guān)函數(shù)圖。
圖3是系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是算法原理框圖。
圖5是系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖。
圖6是主監(jiān)控程序流程圖。
圖7是帶通濾波器設(shè)計(jì)流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是在工業(yè)現(xiàn)場，渦街流量傳感器的輸出信號(hào)中常常既含有渦街流 量信號(hào)又含有機(jī)械振動(dòng)噪聲，當(dāng)機(jī)械振動(dòng)噪聲信號(hào)的能量大于渦街流量信號(hào)的能量時(shí)，采 用以往的數(shù)字信號(hào)處理方法也無法得出正確的測量結(jié)果。在理想情況下，渦街流量信號(hào)是 規(guī)則的正弦波信號(hào)。但是，在實(shí)際中，由于管道內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)的紊流、脈動(dòng)以及流場的不穩(wěn) 定對(duì)旋渦發(fā)生體施加了不規(guī)則的附加作用，使得渦街流量信號(hào)的實(shí)際頻率在理想頻率的左 右擺動(dòng)。而機(jī)械振動(dòng)噪聲是由鼓風(fēng)機(jī)、水泵、閥門和電動(dòng)機(jī)等機(jī)械外力引起的，在實(shí)際中 的頻率基本不變。因此，渦街流量信號(hào)占據(jù)的頻帶要比機(jī)械振動(dòng)噪聲的寬，即渦街流量信 號(hào)相對(duì)于機(jī)械振動(dòng)噪聲信號(hào)是寬帶信號(hào)，其不同時(shí)刻取值的相關(guān)性要比機(jī)械振動(dòng)噪聲信號(hào) 的差。而自相關(guān)函數(shù)^(r)描述的是一個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)值與另一個(gè)時(shí)刻數(shù)據(jù)值之間的相關(guān)程
度，所以，渦街流量信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的幅值會(huì)隨著時(shí)間迅速衰減，而機(jī)械振動(dòng)噪聲的
自相關(guān)函數(shù)的幅值衰減緩慢，兩者形式如圖1和圖2所示?？梢?，自相關(guān)函數(shù)^(r)在r-0 時(shí)，也就是自相關(guān)函數(shù)在沒有延遲時(shí)，取最大值，之后其幅值隨著時(shí)間衰減。渦街流量信號(hào)自相關(guān)函數(shù)值的衰減要比機(jī)械振動(dòng)噪聲的快。因此，可以計(jì)算延遲r后的一段時(shí)間內(nèi)自 相關(guān)函數(shù)的峰值與r-O時(shí)自相關(guān)函數(shù)值的比值，最小比值所對(duì)應(yīng)的頻率就是渦街流量信號(hào) 的頻率。
本發(fā)明系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。本發(fā)明系統(tǒng)由模擬輸入模塊、模擬輸出模塊、單 片機(jī)系統(tǒng)、脈沖輸出模塊、與外部單片機(jī)(MCU)通信的通信模塊、人機(jī)接口模塊、電源 模塊和外部看門狗組成。其中，模擬輸入模塊包括壓電傳感器、電荷放大器、限幅放大器、 低通濾波器、電壓跟隨器；模擬輸出模塊包括光耦、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和4 20mA輸出 電路；單片機(jī)模塊包括單片機(jī)MSP430F5418、復(fù)位電路、欠壓監(jiān)測電路、鐵電存儲(chǔ)器；脈 沖輸出模塊包括光耦和整形電路；與外部MCU通信的通信模塊包括通信模塊、光耦、整形 電路和外部單片機(jī)；人機(jī)接口模塊包括按鍵輸入和液晶(LCD)顯示電路；電源模塊包括 隔離和非隔離直流一直流變換器(DC-DC)、低壓差線性穩(wěn)壓器(LD0)。
本發(fā)明系統(tǒng)的基本工作過程為傳感器信號(hào)首先通過模擬信號(hào)輸入及調(diào)理模塊，適當(dāng) 放大、低通濾波去掉高頻分量后，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，完成信號(hào)的采樣；數(shù)字信號(hào) 處理模塊用算法對(duì)采樣的信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到流量值；最后，系統(tǒng)將流量測量結(jié)果通 過電流、脈沖向外發(fā)送，或者通過通訊模塊將流量信息傳遞給外部單片機(jī)(MCU)。
本發(fā)明系統(tǒng)的具體算法是首先進(jìn)行頻譜分析，按照一定的信噪比及幅值門限確定頻 率，比如，這些頻率有50Hz， 80Hz等，然后用以50Hz為中心頻率的帶通濾波器對(duì)原信號(hào) x(")進(jìn)行濾波，得到濾波后的信號(hào)y(")，再對(duì)濾波后的信號(hào)^(")計(jì)算延遲r后的一段時(shí)間 內(nèi)自相關(guān)函數(shù)的峰值與r-O時(shí)自相關(guān)函數(shù)值的比值；同理，接著用以80Hz為中心頻率的 帶通濾波器對(duì)原信號(hào)x(")進(jìn)行濾波、計(jì)算比值;最后，取最小比值所對(duì)應(yīng)的頻率(比如80Hz) 作為渦街流量信號(hào)的頻率。設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器時(shí)，模擬帶通函數(shù)變成數(shù)字帶通函數(shù)采用 的是雙線性變換法，變換的公式為
式中，T是采樣時(shí)間間隔。
自相關(guān)函數(shù)的計(jì)算采用的是無偏估計(jì)，其計(jì)算公式為
A (r) = #(" + ") (2)
W-r h
^中，r為表示延遲時(shí)間的點(diǎn)數(shù)，r = rr; N為數(shù)據(jù)的長度。整個(gè)算法的原理框圖如圖4所 示。
圖5是軟件總體框圖。系統(tǒng)軟件開發(fā)采取模塊化設(shè)計(jì)方案，將子程序組成功能模塊，
7由主監(jiān)控程序和中斷服務(wù)程序統(tǒng)一調(diào)用?；竟δ苣K包括主監(jiān)控模塊、中斷模塊、看 門狗模塊、鐵電存儲(chǔ)器操作模塊、人機(jī)接口模塊、初始化模塊、計(jì)算模塊、輸出模塊等。
圖6是主監(jiān)控模塊。主監(jiān)控程序是整個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)的總調(diào)度程序，調(diào)用各個(gè)模塊中 的子程序，實(shí)現(xiàn)儀表所要求的功能。它是一個(gè)死循環(huán)程序，系統(tǒng)一上電，主監(jiān)控程序自動(dòng) 運(yùn)行，進(jìn)入不斷計(jì)算和處理的循環(huán)中。基本過程為系統(tǒng)上電開始后，立即進(jìn)行初始化； 初始化后，調(diào)用計(jì)算模塊，對(duì)信號(hào)采樣序列采用信號(hào)處理算法進(jìn)行處理，計(jì)算出傳感器信 號(hào)中的渦街頻率；然后，根據(jù)所設(shè)定的儀表系數(shù)，計(jì)算瞬時(shí)流量和累積流量；接著進(jìn)行LCD 刷新；接下來調(diào)用系統(tǒng)輸出模塊，根據(jù)計(jì)算出的瞬時(shí)流量，向外發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的4 20mA的電 流和輸出流量對(duì)應(yīng)的脈沖；輸出完成后，主監(jiān)控程序?qū)⒎祷兀匦麻_始進(jìn)行新的循環(huán)。
當(dāng)系統(tǒng)初始化完之后，就進(jìn)入了計(jì)算模塊，計(jì)算過程中的幾個(gè)關(guān)鍵問題介紹如下。
(1) 采樣的點(diǎn)數(shù)定為N點(diǎn)，例如2048點(diǎn)；不同口徑的渦街流量計(jì)的采樣頻率不同，例 如，80鵬口徑測量氣體的渦街流量計(jì)的采樣頻率設(shè)為2833Hz。對(duì)2048點(diǎn)采樣值做快速傅 立葉變換(FFT)之后，用最大的幅值乘以設(shè)定的信噪比(例如，設(shè)定信噪比為1/3.75， 此時(shí)噪聲的幅值比渦街信號(hào)的大；這個(gè)值可根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況來做相應(yīng)的調(diào)整)作為幅 值的下限值，取某一幅值A(chǔ) mV為門限值，例如20mV;將同時(shí)大于這兩個(gè)值的峰值所對(duì)應(yīng) 的頻率記下來。此時(shí)，如果頻率的個(gè)數(shù)大于IO，則取前10個(gè)最大的頻率。
(2) 根據(jù)(1)確定的頻率，實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)帶通濾波器。為了消除其他頻率分量的影響，本發(fā) 明系統(tǒng)采用6階帶通巴特沃斯數(shù)字濾波器。假設(shè)(l)中確定的其中一個(gè)頻率為B Hz，即中 心頻率為B Hz,帶寬定為10Hz，則上邊界的截止頻率為(B-5)Hz，下邊界的截止頻率為 (B+5)Hz。設(shè)計(jì)濾波器的流程如圖7所示。濾波器設(shè)計(jì)完成后，就對(duì)原信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波， 然后計(jì)算經(jīng)過濾波后數(shù)據(jù)延遲一段時(shí)間之后的自相關(guān)函數(shù)的幅值與r - 0時(shí)的自相關(guān)函數(shù) 的值的比值。如果有多個(gè)頻率，則分別濾波、計(jì)算比值。最后，取最小比值對(duì)應(yīng)的頻率作
為渦街流量信號(hào)的頻率。
(3) 數(shù)字濾波的公式為-
= (6。m(w) + ^豐-1) +. .Z>6w(w - 6) _ flf,x(w -1)-----a6x(w - 6)) / a0 (3)
式中，"(w)和x(w)分別代表采樣得到的原始信號(hào)序列和數(shù)字濾波之后的信號(hào)序列，
(6。，…，^，&，…,w為濾波器系數(shù)。濾波器系數(shù)通過計(jì)算得出，為了保證計(jì)算的精度，采用
double類型。
(4) 由于自相關(guān)函數(shù)的形式類似于正弦波，所以，取絕對(duì)值的平均值來計(jì)算其峰值，即絕對(duì)值的平均值是峰值的0. 637倍。為了減小計(jì)算量，可以只計(jì)算半個(gè)周期的自相關(guān)函 數(shù)絕對(duì)值的平均值。若要提高計(jì)算精度，也可以計(jì)算多個(gè)周期自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值的平均值。 實(shí)際的采樣頻率已知，信號(hào)的頻率可以通過頻譜分析得到，因此，自相關(guān)函數(shù)的半個(gè)周期 的點(diǎn)數(shù)M為
(4)
式中，^為采樣頻率，F(xiàn)為信號(hào)的頻率。
(5)根據(jù)不同采樣頻率，選擇不同的延遲時(shí)間。例如，針對(duì)80mm 口徑測量氣體的渦 街流量計(jì)，系統(tǒng)的延遲時(shí)間定為0.5秒，因此，式(2)中r的起始點(diǎn)為1416(即0.5秒X采 樣頻率2833Hz)。再根據(jù)式(4)實(shí)時(shí)確定出要計(jì)算的自相關(guān)函數(shù)的點(diǎn)數(shù)M。因此，要計(jì)算r 為1416, 1417,…，(1416+M-l)時(shí)的自相關(guān)函數(shù)。求這些點(diǎn)的自相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值(因 為有時(shí)候會(huì)取到負(fù)值，所以要取絕對(duì)值)之和，再除以M，得到這些點(diǎn)自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值 的平均值；再根據(jù)絕對(duì)值的平均值為峰值的0.637倍的關(guān)系，將結(jié)果除以0.637，就得到 這些點(diǎn)自相關(guān)函數(shù)的峰值。
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權(quán)利要求
1、基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，由模擬輸入模塊、模擬輸出模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、脈沖輸出模塊、與外部單片機(jī)通信的通信模塊、人機(jī)接口模塊、電源模塊和外部看門狗組成，其特征在于首先對(duì)渦街流量傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，按照一定的信噪比及幅值門限確定頻率，這些頻率可以是一個(gè)也可以是多個(gè)；然后，將這些頻率作為帶通濾波器的中心頻率，分別對(duì)渦街流量傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波；再計(jì)算濾波后信號(hào)在延遲τ后一段時(shí)間內(nèi)自相關(guān)函數(shù)的峰值與τ＝0時(shí)的自相關(guān)函數(shù)值的比值；最后，取最小比值對(duì)應(yīng)的頻率作為渦街流量信號(hào)的頻率。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)， 其特征在于渦街流量信號(hào)和機(jī)械振動(dòng)噪聲具有不同的頻率帶寬特征，即振動(dòng)噪聲是相對(duì) 的窄帶信號(hào)，渦街流量信號(hào)是相對(duì)的寬帶信號(hào)；而通過自相關(guān)函數(shù)計(jì)算可以反映出信號(hào)的 帶寬特征。
3、 如權(quán)利要求1所述的基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于模擬輸入模塊包括壓電傳感器、電荷放大器、限幅放大器、低通濾波器、電壓跟隨器；模擬輸出模塊包括光耦、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和4 20mA輸出電路；單片機(jī)模塊包括 單片機(jī)MSP430F5418、復(fù)位電路、欠壓監(jiān)測電路、鐵電存儲(chǔ)器；脈沖輸出模塊包括光耦和 整形電路；與外部單片機(jī)通信的通信模塊包括通信模塊、光耦、整形電路和外部單片機(jī)； 人機(jī)接口模塊包括按鍵輸入和液晶顯示電路；電源模塊包括隔離和非隔離直流一直流變換 器、低壓差線性穩(wěn)壓器。
4、 如權(quán)利要求1所述的基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)， 其特征在于采樣的點(diǎn)數(shù)定為N點(diǎn)，不同口徑的渦街流量計(jì)的采樣頻率不同；對(duì)N點(diǎn)采樣 值做快速傅立葉變換之后，用最大的幅值乘以設(shè)定的信噪比作為幅值的下限值，取某一幅 值為門限值；將同時(shí)大于這兩個(gè)值的峰值所對(duì)應(yīng)的頻率記下來；此時(shí)，如果頻率的個(gè)數(shù)大 于IO，則取前10個(gè)最大的。
5、 如權(quán)利要求1所述的基于單傳感器的抗強(qiáng)千擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)， 其特征在于針對(duì)權(quán)利要求4所確定的頻率BHz，實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)帶通濾波器;采用6階帶通巴特 沃斯數(shù)字濾波器；帶寬定為10Hz，則上邊界的截止頻率為(B-5)Hz，下邊界的截止頻率為 (B+5)Hz。
6、 如權(quán)利要求1所述的基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于取自相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值的平均值來計(jì)算其峰值，即絕對(duì)值的平均值是峰值的 0.637倍；為了減小計(jì)算量，可以只計(jì)算半個(gè)周期的自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值的平均值；為了提 高計(jì)算精度，也可以計(jì)算多個(gè)周期自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值的平均值；根據(jù)實(shí)際的采樣頻率和信 號(hào)的頻率，確定自相關(guān)函數(shù)的半個(gè)周期的點(diǎn)數(shù)。
7、如權(quán)利要求1所述的基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)， 其特征在于根據(jù)不同采樣頻率，選擇不同的延遲時(shí)間；確定出要計(jì)算的自相關(guān)函數(shù)的 點(diǎn)數(shù)；再計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的自相關(guān)函數(shù)；求這些自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值的平均值；再根據(jù)絕對(duì) 值的平均值為峰值的0. 637倍的關(guān)系，得到這些自相關(guān)函數(shù)的峰值。
全文摘要
本發(fā)明涉及流量檢測領(lǐng)域，為一種以單片機(jī)(MCU)為核心、基于單傳感器的抗強(qiáng)干擾的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。渦街流量信號(hào)和機(jī)械振動(dòng)噪聲具有不同的頻率帶寬特征，而自相關(guān)函數(shù)可以反映出信號(hào)的帶寬特征。通過對(duì)渦街流量傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、帶通濾波和自相關(guān)計(jì)算，確定渦街流量信號(hào)的頻率。本發(fā)明即使在渦街流量信號(hào)能量小于振動(dòng)噪聲能量的情況下，且振動(dòng)噪聲的頻率是變化時(shí)，仍然能夠得到準(zhǔn)確的渦街流量信號(hào)頻率，從而排除強(qiáng)噪聲的干擾，確保渦街流量計(jì)的現(xiàn)場測量精度。
文檔編號(hào)G01F1/32GK101644590SQ20091014487
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者劉三山, 康一波, 徐科軍, 徐銀江, 剛 王, 磊 石, 羅清林 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué);重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司