基于FFT和闭环采样控制的科氏质量流量计信号处理系统

基于AFF和SGA的科氏质量流量计数字信号处理系统[发明专利]

专利名称：基于AFF和SGA的科氏质量流量计数字信号处理系统
专利类型：发明专利
发明人：徐科军,徐文福
申请号：CN03108944.5
申请日：20030404
公开号：CN1467485A
公开日：
20040114
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：基于AFF和SGA的科氏质量流量计数字信号处理系统，由信号调理电路、模/数转换器(A/D)、数字信号处理器(DSP)、液晶显示(LCD)电路、键盘输入电路、数/模转换器(D/A)、功率放大电路以及软件组成。

它采用多抽一滤波、自适应漏斗型滤波(AFF)和滑动Goertzel算法(SGA)处理采样数据，计算其流量管振动的基频和相位，由频率和两路信号的相位差求出两路信号的时间差，从而得到质量流量值和密度值；由DSP计算得到的频率值产生驱动信号，送到D/A，并经过功率放大，使流量管振动。

申请人：合肥工业大学
地址：230009 安徽省合肥市屯溪路193号合肥工业大学自动化研究所
国籍：CN
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科氏质量流量计信号分析与处理

关键词：感器流量计信号处理频谱分析传
Ａｂｓｒｃ．ｅｓｇａｆＣｏｉｌｓｍａｓｆｏｔａｔＴｈｉｎｌｏｒｏｉｓｗｍｅｅｓｅａｕｔｄｖａｓｅｔｕａａｙｉ，ｎｔｏｌｈｅｏａｔｌｔｒｉｖｌａｅｉｐｃｒｍｎｌｓｓｏｎｙｔｅｒｓｎｎｒｑｅｃｎｉｎｉｅｂｔａｓｈｌｆｅｕｎｙｏｅｏａｔｑｅｃｒｘｓｅｎｔｅｏｔｕｉｎｌｏｆｅｕｎｙａｄｗｈｔｏｓｕｌｏｔｅｍｕｔｒｑｅｃｆｒｓｎｎｅｕｎｙａｅｅｉｔｄｉｈｕｐｔｓｇａｆｅｉｒｆ
ｔｅｍｅｈｄｔａｒｕｈｒｒｎｂｓｆｈｉｎｌｎｌｓｓｈｔｏｔｔｓｂｏｇｔｏｗａｄｏａｅｏｅｓｇａａｙｉ．ｈｉｉｆｔａ
Ｋｅｒｓ：ｅｓｒｌｗｍｅｅＳｇａｒｃｓｉｇＳｅｔｕａａｙｉｙｗｏｄＳｎｏＦｏｔｒｉｎｌｏｅｓ［￣ＣＭＦ是一种直接敏感质量Ｊ）
两路信号进行滤波和过零点检测，将传感器输出的两路正弦信号转换为两路方波信号，利用两路方波信号的上升沿或者下降沿触发计数电路，进而得到两路信号的相位差和频率信息。传统的模拟电路的测量方法不能有效消除外界干
ｌｆｗｍｅｅ．ｅｔａｉｏａｉｎｌｒｃｓｓｕｉｇａａｏｕｉｃｉｔｌｒｔｅｓｇａｎｅｓｒｈｅｏｃｏｓｏｏｔｒＴｈｄｔｎｌｇａｏｅｓｉｓｎｎｌｇｅｃｒｕｔｏｆｔｈｉｌｄｍａｕｅｔｅｚｒｒｓｆｒｉｓｐｉｅｎａｔｅｓｇａ，ｈｗｏｏｔｕｉｅｗａｅｓｇａｓａｅｔａｓｅｒｄｔｏｓｕｒｖｉａｓｔｅｒｓｎｄｅｏａｌｇｈｉｎｌｔｅｔｕｐｔｓｎｖｉｎｌｒｎｆｒｅｏｔｑａｅｗａｅｓｇｌ，ｈｉｉｇｅｇｒｆｌｉｒｗｎｎｅｇｆｔｅｔｏｓｕｒｖｉｎｌｓｕｉｚｄｔｒｇｒｔｅｃｕｔｒｃｒｕｔａｄｔｅｈｉｅｅｃｎｅｕｎｙｄｅｏｈｗｑａｅｗａｅｓｇａｓｉｔｉｅｔｇｅｏｎｅｉｃｉｎｎｔｅｄｆｒｎｅａｄｆｑｅｃｌｏｉｈ，ｈｒｏｅｔｉｎｌｒａｃｌｔｄｂｈｏｎｅ．ｈｅｅｔｏｔｏｓｓｍｕａｅｎｈｉｌｔｄｄｔｈｗｆｔｗｏｓｇａｓａｅｃｌｕａｅｙｔｅｃｕｔｒＴｅｄｔｃｉｎｍｅｈｄｉｉｌｔｄａｄｔｅｓｍｕａｅａａｓｏｈｔａｅｍｅｓｒｍｅｔｅｕｔｉｉｆｅｃｄｂｈｕｔｒｑｅｃｉｎｌ．ｅｕｔａｎｗｌｒａｄｍｅｓｒｍｅｔｈｔｈａｕｅｎｓｌｓｎｕｎｅｙｔｅｍｌｆｅｕｎｙｓｇａｓＡｓａｒｓｌｅｆｔｎａｕｅｎｔｒｌｉ，ｉｅ

插值FFT和滑动DTFT的科氏流量计信号处理方法

插值FFT和滑动DTFT的科氏流量计信号处理方法易鹏;涂亚庆;杨辉跃【摘要】科氏流量计通过计算一次仪表输出的两路同频正弦信号的时间差来测量质量流量.实时精确估计两路信号的频率和相位差是科氏流量计数字信号处理的关键.针对科氏流量计实测信号,提出一种基于插值FFT和滑动DTFT的信号处理方法.利用插值FFT估计信号频率,通过计及负频率的改进滑动DTFT估计相位差,进而计算出时间差.方法兼顾了参数的估计精度和算法的计算效率,对比实验表明了该方法的有效性和优越性.%Coriolis flowmeter measures mass flow by computing the time difference of two sinusoidal signals outputted with the same frequency by its primary instrument. It is crucial to estimate the frequency and phase difference of the two signals accurately and real-time in the digital signal processing of Coriolis flowmeter. Using the actual Coriolis flowmeter signals collected, it presents a method to calculate time difference which based on interpolation FFT for frequency estimation and through improved sliding DTFT considering negative frequency for phase difference estimation. This method balances high precision with computational efficiency. Contrast experiment verifies the availability and advantage of this method.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2013(049)005【总页数】5页(P236-240)【关键词】科氏流量计;数字信号处理;插值快速傅里叶变换(FFT);滑动离散时间傅里叶变换(DTFT);相位差【作者】易鹏;涂亚庆;杨辉跃【作者单位】后勤工程学院信息工程系,重庆410311;后勤工程学院信息工程系,重庆410311;后勤工程学院信息工程系,重庆410311【正文语种】中文【中图分类】TH814科氏流量计（Coriolis Mass Flowmeter，CMF）是一种基于科里奥利原理的直接式质量流量计，具有测量精度高、可测流体范围广、稳定性好、量程比大等特点，已在石油、化工、医药等行业得到广泛应用，是当前发展迅速、应用广泛、研究较多的测量仪表之一。

基于FFT和闭环采样控制的科氏质量流量计信号处理系统

comings in the current algorithms． The new signal processing system can realize sampling rate close-loop control via
FPGA hardware logic and peripheral circuit to make track working frequency． That means the sampling rate can ad-
Key words： Coriolis mass flowmeter； secondary instrument； close-loop sampling； FFT
EEACC： 7320W
doi： 10． 3969 / j． issn． 1004 － 1699． 2011． 04． 013
基于 FFT 和闭环采样控制的科氏质量流量计信号处理系统*
前，对采样信号进行加窗函数处理。对两路信号分
别加 Blackman 窗函数，进一步减少频率跟踪过程中的非整周期采样因素造成的频谱泄漏的影响［12］。
传感技术学报
534
www． chinatransducers． com
第 24 卷
y1［i］= x1［i］·W［i］ y2［i］= x2［i］·W［i］（ 10）
中图分类号： TP2
文献标识码： A
文章编号： 1004 － 1699（ 2011） 04 － 0532 － 05
科里奥利质量流量计（ Coriolis Mass Flowmeter，以下简称为科氏质量流量计，即 CMF）是一种利用被测流体在振动测量管内产生与质量流量成正比的科氏力为原理制成的一种直接式质量流量仪表［1］。 CMF 能直接敏感被测流体的质量流型多功能流量测量仪表［2］。

科里奥利质量流量计数字信号处理方法的研究

科里奥利质量流量计数字信号处理方法的研究科里奥利质量流量计由于其可以直接测量质量流量、精度高和可以同时测量流体密度等优点，在许多工业领域获得了广泛的应用。

传统的科氏流量计采用基于模拟电路的信号处理方式，存在诸如对噪声敏感等许多缺点，我们采用数字信号处理方法来处理科氏流量计的信号。

本文主要研究了基于自适应谱线增强技术的科氏流量计信号增强和频率估计方法和基于离散傅里叶变换和滑动Goertzel算法的科氏流量计信号时间差计算方法。

主要研究内容如下： (1) 根据科氏流量计信号的特点，提出基于随机游动模型的科氏流量计时变信号模型。

该模型的提出以及与其相关的信号处理方法的研究，有助于对科氏流量计的动态特性进行研究。

(2) 采用直接型IIR自适应谱线增强器的信号增强和频率估计方法，分别给出了算法在时不变和时变信号模型下的实现方式。

(3) 针对直接型IIR自适应谱线增强器的缺点，提出采用格型IIR自适应谱线增强器，并分别针对时不变和时变信号研究了算法的实现方法。

对算法进行了改进，在不增加计算量的情况下，实现了对频率变化的跟踪。

(4) 提出采用归一化格型IIR自适应谱线增强器对科氏流量计信号进行增强和频率估计，为今后可能采用FPGA实现科氏流量计系统做探索性研究。

(5) 采用加汉宁窗修正的离散傅里叶变换计算科氏流量计信号的时间差的方法，并针对DFT方法的缺点，提出采用滑动Goertzel算法，避免了非整周期采样的影响，同时实现时间差的实时计算。

(6) 在ADSP21065L DSP上的实现格型IIR自适应谱线增强器和滑动Goertzel算法，并进行了实验验证。

实验结果表明，所研究的方法是有效的。

科氏流量计的信号处理方法现状及发展趋势

科氏流量计的信号处理方法现状及发展趋势文中首先对科氏流量计的基本原理及其性能进行了介绍，然后对科氏流量计信号处理方法的现状进行了综述，最后对研究发展的趋势进行了展望。

标签：科氏流量计；信号处理方法；频率估计；相位差估计；综述0 引言科氏流量计（Coriolis Mass Flowmeter，英文缩写为CMF），是一种基于科里奥利原理的直接式质量流量计，它可以高精度、可靠地测量流体的质量流量，其基本原理是通过测量两路传感器输出信号的频率和相位差来计算流体的质量流量的。

自美国艾默生高准（Micro Motion）公司率先投产以来，随着科学技术的不断进步发展，其性能和规格也在不断完善，除了可用于各种常规的流体外，还可用于浆液、液化气体和压缩天然气等非常规流体，在航天、石油、化工、天然气、雷达、造纸、电力、水处理、食品和医药等领域中发挥着十分重要的作用，是当前研究较多、发展最为迅速、最具代表性的流量测量仪表之一。

1 科氏流量计的基本原理科氏流量计由一次仪表和二次仪表组成。

一次仪表包括测量管、传感器和激振器等。

二次仪表是对一次仪表输出信号进行处理的变送器。

与其它类型的流量计相比，科氏流量计具有如下一些优点：（1）可高精度直接测量质量流量，不受被测介质的物理参数影响；（2）可实现多参数测量，如密度、体积流量、温度；（3）测量范围大；（4）便于维护和保养。

2 科氏流量计信号处理方法的研究现状传统的科氏流量计信号处理方法采用的是基于模拟电路的信号处理方式，主要存在如电路复杂，可靠性不高，稳定性不好，流体测量精度较差，且易受噪声的干扰等问题。

随着科学技术和经济的发展，对科氏流量计的测量精度的要求也在不断提高，为此，国内外学者纷纷着手研究数字信号处理方法来提高流体的测量精度。

其中，科氏流量计的信号处理方法也可分为频率估计方法和相位差估计方法。

目前较为常用的科氏流量计的信号处理方法有以下几种：2.1 基于离散傅里叶变换（DFT）的方法离散傅里叶变换（DFT）的方法是数字信号处理方法中一种传统有效的基本方法，是通过傅里叶变换得到信号的频谱，然后利用频谱特征计算相位和相位差。

LPGmass 科氏力质量流量测量系统操作指南说明书

KA00052D/06/ZH/13.1071123649简明操作指南LPGmass科氏力质量流量测量系统用于LPG (液化石油气)应用本《简明操作指南》不能替代供货范围中的《操作手册》。

详细信息请参考《操作手册》以及随附CD 上的其他文档。

根据设备型号，完整的设备文档包括：•简明操作指南(本文档)•操作手册•仪表功能描述•防爆证书及安全证书•安全指南 - 与仪表型号相关(例如防爆证书、压力设备指令等)•其他相关信息目录LPGmass 目录1 安全指南 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1 用途 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 安装、调试和操作 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3 操作安全 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4 安全图标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 安装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1 运往测量点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2 安装条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.3 安装变送器外壳. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4 安装后检查 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 接线 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.1 连接变送器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.2 防护等级 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3 连接后检查 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.1 开启测量设备 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.2 运行 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.3 验证过程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4 故障排除 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2Endress+HauserLPGmass安全指南1安全指南1.1用途•这些《操作手册》中所述的测量仪器用于测量液化石油气(LPG)的质量或体积流量。

基于函数插值的柯氏质量流量计信号处理方法

基于函数插值的柯氏质量流量计信号处理方法
段国和;杜庆;陈楸
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2005(13)3
【摘要】对基于离散傅里叶变换(DFT)信号处理方式的柯氏质量流量计来说,影响其精度的关键问题是如何实现信号的整周期采样.提出了一种全新的方法,用采样率固定不变的采样数据,通过软件实时地确定信号的频率并且实现信号整周期重新采样.实验结果表明该方法在求取相位差时具有极高的精度.
【总页数】3页(P276-277,283)
【作者】段国和;杜庆;陈楸
【作者单位】西北工业大学,自动化学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,自动化学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,自动化学院,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TM93
【相关文献】
1.基于归一化格型陷波器的科里奥利质量流量计信号处理方法 [J], 倪伟;徐科军
2.基于希尔伯特变换的科氏质量流量计信号处理方法研究与实现 [J], 张建国;徐科军;董帅;刘铮;侯其立
3.基于AFF和SGA的科氏质量流量计信号处理方法 [J], 徐科军;徐文福
4.基于格型陷波器和Hilbert变换的科里奥利质量流量计信号处理方法 [J], 林伟;
蔡选宪
5.柯氏质量流量计在乐清问世 [J], 臧国华
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