[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

技術領域

本發明專利涉及流量檢測領域，為一種科氏質量流量計的數字驅動跟蹤方法和系統，特別是一種以DSP為核心，基于DDS和MDAC，實現科氏質量流量計數字驅動控制中的頻率、相位和幅值跟蹤，并且同時實現流量測量的方法和系統。

背景技術

科里奧利質量流量計（簡稱科氏質量流量計）可以直接測量流體的質量流量，測量精度高，具有廣闊的應用前景。科氏質量流量計由一次儀表和變送器組成，其中，變送器的任務首先是為一次儀表提供驅動信號，使流量管以固有頻率振動；其次，通過計算傳感器輸出信號的頻率、相位，得到流體的密度、質量流量等參量。當前，科氏質量流量計面臨的嚴重挑戰是如何測量氣液兩相流。在油料、食品加工等液態流體傳輸和裝罐過程中，不可避免地會混入一些氣體。這些氣體的進入，導致被測介質的阻尼發生很大的變化，當氣體混入量較多時，科氏質量流量計的流量管有可能停振，使得測量無法進行。為了解決兩相流測量，首先必須從驅動方面入手，解決流量管停振的問題。國內外學者將數字驅動方法應用于科氏質量流量計，提高變送器的驅動性能。

?基于FPGA和波形合成算法的數字驅動方法，美國專利公布了一種基于FPGA和波形合成算法的數字驅動方法（Manus?P.Henry,and?Mayela?E.Zamora,Startup?and?operational?techniques?for?a?digital?flowmeter,Patent?No.:US69950760B2,?Sep,27,2005）。先使用隨機序列去驅動流量管，待sample_count>N后，進入零驅動模式；待sample_count>M后，進入正反饋驅動模式。通過檢測信號特征，決定返回隨機驅動模式或進入數字波形合成驅動模式。變送器最終將進入數字波形合成模式進行驅動。這期間，對于隨機序列驅動流量管，要求隨機波的頻帶較寬且必須包含固有頻率，并且隨機波驅動的時間長短sample_count不易精確設定，因為隨機波驅動的時間太短或太長，傳感器的信號都會很微弱，這將不利于后繼的傳感器信號參數計算。在正反饋驅動模式中，是將ADC采集的信號數據存儲在一個緩沖區內，處理器在進行相位匹配后，將這些信號數據通過DAC發出，驅動流量管。這要求緩沖區的空間要足夠大，因為至少要包含一個完整周期的信號數據；另外，在流量管啟振初期或者流量管處于惡劣環境下（例如，兩相流/批料流），傳感器信號將非常微弱甚至雜亂無章，如果這時僅僅單純地將ADC采集的數據通過DAC輸出驅動流量管，顯然不利于驅動。在數字波形合成驅動模式中，處理器根據傳感器信號的特征，數字合成正弦波，并進行相位匹配后，通過DAC輸出驅動信號激勵流量管。在這種模式下，正弦波信號數據由處理器計算得到，并且通過DAC一點一點地輸出，因此加大了系統軟件的負擔；在專利中，用FPGA和DSP共同來實現測量和控制。

正負階躍交替激勵啟振方法，合肥工業大學針對科氏質量流量計的啟振問題，提出了一種正負階躍交替激勵啟振的方法（徐科軍，李苗等，科氏質量流量計正負階躍交替激勵啟振方法和系統，發明專利，申請號：200910144210.7，公開號：CN?101608940A，公開日：2009年12月23日）。當流量管輸出信號進入????????????????????????????????????????????????范圍內時施加負階躍，可使流量管輸出信號得到加強；當信號進入范圍內時施加正階躍，同樣可使信號得到加強；在信號到達時施加負階躍、到達時施加正階躍，可使信號得到最大幅度的加強。在實際中，由于環境噪聲的存在，過零點很難找準，可在零點附近設置一個滯環帶b。當輸出信號大于b時，施加負階躍；而當其小于-b時，施加正階躍。利用這樣的方法，使得流量管成功啟振，克服了使用隨機波形啟振流量管的缺點。但是，在這份專利中，僅僅提到科氏質量流量計數字驅動中的啟振問題，并沒有給出在流量管啟振后，特別是流量管振動頻率發生改變后，如何去進行相應的頻率、相位跟蹤。而一套完整的數字驅動方法，應該是頻率、相位和幅值跟蹤的結合。

發明內容