[實用新型]一種科里奧利質量流量計云傳輸數字信號處理裝置

有效

• 申請號: 201320656921.4
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN203534650U
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 朱邱悅;高瑞;趙代岳;張巖;朱慧敏;高璐璐
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01F1/84
• 分類號: G01F1/84;G01F15/02;G08C17/02;G01S19/42
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本實用新型涉及一種科里奧利質量流量計云傳輸數字信號處理裝置。

背景技術

由于科氏質量流量計是基于流體振動原理工作，管子振動頻率受流體密度等影響，二次儀表測量量為合成波的相位差，且模擬電路對外界噪聲比較敏感，因此降低了測量的精確度。為了提高科氏質量流量計的精度和抗干擾能力，國內外研發機構和工程師的普遍做法是將數字信號處理算法應用于科氏質量流量計信號處理過程中。例如，中國專利CN101832803B利用同步調制方法，通過過零比較方法計算得到振動頻率，從而計算出相位差。該方法比較簡單，但是計算精度不高。北京化工大學采用在DFT基礎上引入了線性調頻Z變換算法對信號進行頻率跟蹤，采用滑動Goertzel算法進行信號相位差的測量（林坤，科氏流量計的DSP算法研究及實現，北京化工大學，碩士學位論文，2008）。該方法頻率和相位差精度高，但實時性欠佳。合肥工業大學提出采用歸一化格型IIR自適應譜線增強器對科氏流量計信號進行增強和頻率估計，采用加漢寧窗修正的離散傅里葉變換計算科氏流量計信號的時間差的方法（倪偉，科里奧利質量流量計數字信號處理方法的研究，合肥工業大學，博士學位論文，2004）。該方法實現了頻率實時跟蹤，但當非整周期采樣時相位差計算存在頻譜泄露問題，影響測量精度。

現有科氏質量流量計信號處理方法存在精度不高，實時性不強，成本較高的問題。因此，實用新型一種高精度、實時性強的低成本數字信號處理裝置是當務之急。

實用新型內容

為解決現有技術存在的不足，本實用新型公開了一種科里奧利質量流量計云傳輸數字信號處理裝置，特別適用于信號頻率變化速度快、相位差不斷波動的一種數字信號處理裝置。

為實現上述目的，本實用新型的具體方案如下：

一種科里奧利質量流量計云傳輸數字信號處理裝置，包括一個科氏質量流量計，科氏質量流量計自帶兩個磁電傳感器、驅動器和恒流源，兩個磁電傳感器將采集到的信號傳送給與磁電傳感器相對應的差分放大電路，差分放大電路將處理后的信號通過與差分放大電路相對應的AD采樣電路傳送給DSP；

所述驅動器與DSP通訊連接；

所述恒流源與PT100相連，恒流源用于給PT100提供電壓，PT100測量外界溫度，PT100通過與之對應的AD采樣電路與DSP相連。恒流源輸入電源與dsp的電源模塊相連。

所述DSP還與SRAM、EEPROM、ePWM的輸出、LCD、鍵盤及GPS模塊相連；

所述DSP還通過GPRS模塊與云服務器相連，云服務器與移動終端相連。移動終端為手機、電腦等。

所述科氏質量流量計為雙U型管科氏質量流量計。

所述GPRS模塊包括SIM300模塊。

本裝置采用DSP作為主控制器，采用反饋型數字驅動模塊進行數字驅動，利用GPS模塊采集科氏質量流量計位置信息，采用SIM300模塊的GPRS遠程網絡通信，實現科氏質量流量計檢測獲得的參數從DSP到云服務器，以及從云服務器到移動網絡終端的數據傳輸。通過LCD和鍵盤實現人機交互功能，ePWM脈沖輸出提供4～20mA電流輸出。

GPRS模塊能夠實現向云服務器中遠程傳輸測量數據，GPS模塊能夠實現對科氏質量流量計的定位，能夠對流量數據，以及管道損壞進行實時監控。

云服務器接收到的數據分類存儲到數據庫中，通過網絡開發技術，將其用網頁的形式展現出來，能夠實現任何網絡移動終端對科式質量流量計監測數據的實時讀取，數據對比分析，異常狀況報警等。

一種科里奧利質量流量計數字信號處理方法，包括以下步驟：

步驟一：數字驅動，利用反饋型數字驅動模塊使科氏質量流量計起振并維持穩定工作狀態；

步驟二：科氏質量流量計起振并維持穩定工作狀態后信號預處理，采用帶通IIR數字濾波器，對AD采樣電路采樣得到的信號進行數字濾波，保證算法輸入數據的精度；

步驟三：自適應頻率跟蹤，利用IIR陷波器對兩路AD采樣得到的帶有相位差的傳感器振動信號中提取增強信號，再利用牛頓LMS(最小均方誤差算法)算法自適應跟蹤信號頻率；IIR陷波器使陷波頻率收斂到流量管振動的基頻，讓基頻周圍一個窄頻帶以外的所有噪聲通過，由IIR陷波器參數結合牛頓LMS算法求出基頻；

步驟四：通過離散時間傅里葉變換算法獲得兩路振動信號相位差；

步驟五：將相位差進行平滑處理后求得質量流量；

步驟六：溫度補償，檢測科氏流量計的敏感管材料的彈性模量溫度，根據檢測的溫度得到補償系數，計算出補償后的瞬時流量，從而對溫度效應進行數字補償。