[發明專利]一種科氏質量流量計的數字驅動跟蹤方法和系統

有效

• 申請號: 201110331814.X
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102506951A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 徐科軍;侯其立;方敏;熊文軍;劉翠
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01F1/84
• 分類號: G01F1/84
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 范克明;金惠貞

1.一種科氏質量流量計的數字驅動跟蹤方法和系統包括差分放大濾波電路、模數轉換器1（ADC1）、模數轉換器2（ADC2）、電壓基準源、電壓跟隨器、電流源、差分放大器、模數轉換器3（ADC3）、數字信號處理器（DSP）、直接數字頻率合成器（DDS）、乘法數模轉換器（MDAC）、外擴SRAM、外擴FRAM、4～20mA輸出及脈沖輸出、電源模塊以及軟件；

其特征在于，位于流量管兩側的兩個磁電式傳感器輸出信號，經兩路相同的調理電路放大、濾波后，由兩個型號相同的模數轉換器1（ADC1）和模數轉換器2（ADC2）采樣轉換為數字量，通過數字信號處理器（DSP）的多通道緩沖串口（McBSP）送入至數字信號處理器（DSP）；數字信號處理器（DSP）對采樣數據先進行數字濾波，消除噪聲影響，再采用基于拉格朗日插值的過零檢測算法計算信號的頻率、相位參數；數字信號處理器（DSP）根據信號的頻率、相位，結合系統硬件、軟件延時以及驅動信號和傳感器信號的相角關系，得到驅動信號的頻率、相位，并通過數字接口寫入到直接數字頻率合成器（DDS）中；直接數字頻率合成器（DDS）輸出所設定頻率、相位的正弦信號，該信號作為驅動信號源，接入到乘法數模轉換器（MDAC）的模擬輸入端；數字信號處理器（DSP）計算信號幅值，結合非線性幅值控制算法，得到數字驅動增益，并通過數字接口將增益信號寫入到乘法數模轉換器（MDAC）的數字輸入端；乘法數模轉換器（MDAC）將數字端和模擬端信號相乘，再經功率放大后，輸出驅動信號；驅動信號接至科氏質量流量傳感器內部的激振器，使流量管在固有頻率處穩幅振動；另一方面，數字信號處理器（DSP）根據信號的頻率、相位參數，計算流體的密度、質量流量；恒定電流經過科氏質量流量傳感器內部的溫度傳感器（RTD），溫度傳感器（RTD）輸出電壓經差分放大后，由模數轉換器3（ADC3）采樣轉換為數字量送入數字信號處理器（DSP），數字信號處理器（DSP）根據溫度對流量進行溫度補償；數字信號處理器（DSP）將測量結果在液晶上顯示，并通過SCI、4～20mA電流輸出和脈沖輸出模塊輸出測量結果。

2.如權利要求1所述的一種科氏質量流量計的數字驅動跟蹤方法和系統，其特征在于：系統上電后，數字信號處理器（DSP）內部完成各個模塊的初始化以及算法、變量的初始化，然后同步啟動模數轉換器（ADC1）和模數轉換器（ADC2）的采樣轉換；數據轉換好后，通過GPIO口產生中斷；中斷服務程序將ADC轉換結果傳送至McBSP的接收寄存器，通過直接存儲器存取（DMA）模塊，將McBSP接收寄存器的數據傳送至用戶定義的隨機存取存儲器（RAM）空間臨時數組中；臨時數組存放滿后，產生DMA中斷，中斷服務程序中，將臨時數組的數據存放至用戶定義的外部SRAM循環數組中，用于算法調取數據；每當產生500點新數據，即調用算法模塊對數據進行處理。

3.如權利要求1所述的一種科氏質量流量計的數字驅動跟蹤方法和系統，其特征在于，算法從循環數組中調取500點數據，進行算法處理；兩路信號數據先經過一個通帶寬度、深度可調的IIR帶通濾波器進行預處理，消除噪聲干擾，然后調用基于拉格朗日插值的過零檢測算法，找出信號的過零點，計算兩路信號的頻率、相位信息；通過連續比較三點采樣數據的大小，得到信號的幅值參數。

4.如權利要求1所述的一種科氏質量流量計的數字驅動跟蹤方法和系統，其特征在于，在得到傳感器信號的頻率、相位、幅值參數后，數字信號處理器（DSP）開始計算驅動信號參數；驅動信號的頻率即是傳感器信號的頻率；驅動信號的相位應與傳感器信號維持特定的關系（如，對于CMF025型號傳感器，驅動信號應與傳感器信號維持180°的相角關系），則在更新驅動信號時，需要先計算出相應的傳感器信號的相位，并考慮系統硬件、軟件的延時，再結合驅動信號與傳感器信號需維持的相角關系，進而確定驅動信號的相位；結合傳感器信號的幅值，調用非線性幅值控制算法，得到驅動信號的幅值控制增益。