一种数字信号处理算法在DSP系统上的应用方法技术方案

本发明专利技术涉及基于科里奥利原理的质量流量计信号处理和应用技术领域，特别是一种数字信号处理算法在DSP系统上的应用方法。该方法基于流量时变的特点，设计设计一种基于自适应格型IIR陷波滤波器与Hilbert变换方法组成的数字信号处理算法，该算法不用进行迭代运算，因此误差不会累积，可以保持测量精度的稳定性，而且没有收敛时间；最后以模块化方式设计了基于DSP数字信号处理器的科里奥利质量流量计软硬件系统，在减少精度损失的情况下将该算法移植到DSP系统上。本发明专利技术方法实现了科里奥利质量流量计流量参数的高速、高精度计算。

【技术实现步骤摘要】
—种数字信号处理算法在DSP系统上的应用方法
本专利技术涉及基于科里奥利原理的质量流量计信号处理和应用
，特别是一种数字信号处理算法在DSP系统上的应用方法。
技术介绍
科里奥利质量流量计(Coriolis Mass Flowmeter,英文缩写为CMF,以下简称科里奥利质量流量计)是一种依据科里奥利力原理研制而成的，即处于旋转体系中的流体同时作直线运动就会产生一种与流体质量成正比的科里奥利力。该流量计于1977年由MicroMotion公司率先研制成功，它不但拥有较高的准确性、稳定性、重复性，而且在测量管内没有阻流元件，很大程度上提高了可靠性和使用寿命。目前大部分汽车用的清洁燃料压缩天然气(CNG)就是用它进行计量的，而且在石油、造纸、建材、食品、医药、能源、生物工程、航天等部门的应用也越来越多。与普通的流量计只能测量体积流量不同，科里奥利质量流量计则可以直接高精度地测量流体质量流量，它除了能够用于测量各类常规流体外，还能用于测量非常规流体，如批料流/两相流、液化气体、浆液和压缩天然气，因此，科里奥利质量流量计的应用也越来越广泛，但是由于技术发展还不够成熟，测量精度还没有达到人们预期的效果。近几年国内外对科里奥利质量流量计的研究也取得一些成果。北京航空大学研究了针对新型的直管式和类直管型科氏流量计的信号处理方法及系统，该方法以FFT算法作为核心，由FPGA逻辑电路和外围电路来实现对传感器信号的频率跟踪,调整直接数字式频率合成器(DDS)生成可变时钟，可以实现对采样频率的闭环控制，使FFT算法能够进行整周期采样，降低非整周期导致的截断形成频谱泄露。但该系统的计算误差较大。合肥工业大学对科氏流量计的驱动系统和数字信号处理方法进行了研究，在DSP系统中对输入信号的过零点进行分析判断，确定信号的相位。并于2010年完成了以DSP为核心的CMF变送器的系统测试和实验标定，该系统将自适应格型陷波滤波与SDTFT递推算法组合起来，能够精确跟踪信号的频率。但是容易受噪声干扰，影响较为严重，计算精度难以达到要求，由于存在迭代运算，其误差会不断累积，导致测量精度下降。美国专利US6073495的方案是将两路传感器输出信号的差分信号通过正交解调处理计算出相位差，同时利用其分量控制两路传感器信号的幅值大小。FoxbOTo公司专利US20020038186的方案是先使用与信号频率相近的信号对两路信号正交解调后再计算频率值、幅值与相位差。牛津大学的Henry提出采用同步调制技术处理科氏流量计的两路传感器输出信号。该方法是通过调制信号，经过滤波之后构造得到的新函数能够反映信号的幅值和频率信息。Freeman在他的专利中首先提出了使用数字锁相环(PLL)技术处理科氏流量计的两路信号。与DFT方法相比，该方法频率跟踪、相位差计算的实时性更好；频率跟踪对随机噪声和固定频率干扰有较强的抑制作用。但与ALE方法相比，该方法所需的采样点更多，计算量更大，并且进行频率估计是采用查表方式，对内存的要求较高，同时相位差的计算受到随机噪声影响较大，是误差的主要原因。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实现科里奥利质量流量计流量参数的高速、高精度计算数字信号处理算法在DSP系统上的应用方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是:一种数字信号处理算法在DSP系统上的应用方法，包括如下步骤， 步骤SOl:根据科里奥利质量流量计特性，设计一种基于自适应格型IIR陷波滤波器与Hilbert变换方法组成的数字信号处理算法； 步骤S02:将所述步骤SOl获得的数字信号处理算法，移植到DSP系统上； 步骤S03:通过所述步骤S02移植有数字信号处理算法的DSP系统，处理科里奥利质量流量计的数字信号。在本专利技术实施例中，所述数字信号处理算法，具体包括如下步骤， 步骤S21:信号滤波:对科里奥利质量流量计的输入信号进行数字滤波，并进行噪声滤除，得到预定频带信号；然后，通过自适应格型IIR陷波滤波器对该预定频带信号进行滤波处理，输出增强信号； 步骤S22:相位差计算:通过相位差算法对所述步骤S21得到的增强信号进行相位差计算； 步骤S23:流量计算:根据所述步骤S22得到的相位差值，计算得到信号的时间差与流量。在本专利技术实施例中，所述相位差算法，具体实现过程如下， 设经滤波后的两路增强信号为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字信号处理算法在DSP系统上的应用方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤S01：根据科里奥利质量流量计特性，设计一种基于自适应格型IIR陷波滤波器与Hilbert变换方法组成的数字信号处理算法；步骤S02：将所述步骤S01获得的数字信号处理算法，移植到DSP系统上；步骤S03：通过所述步骤S02移植有数字信号处理算法的DSP系统，处理科里奥利质量流量计的数字信号。

【技术特征摘要】
1.一种数字信号处理算法在DSP系统上的应用方法，其特征在于:包括如下步骤， 步骤SOl:根据科里奥利质量流量计特性，设计一种基于自适应格型IIR陷波滤波器与Hilbert变换方法组成的数字信号处理算法； 步骤S02:将所述步骤SOl获得的数字信号处理算法，移植到DSP系统上； 步骤S03:通过所述步骤S02移植有数字信号处理算法的DSP系统，处理科里奥利质量流量计的数字信号。2.根据权利要求1所述的一种数字信号处理算法在DSP系统上的应用方法，其特征在于:所述数字信号处理算法，具体包括如下步骤， 步骤S21:信号滤波:对科里奥利质量流量计的输入信号进行数字滤波，并进行噪声滤除，得到预定频带信号；然后，通过自适应格型IIR陷波滤波器对该预定频带信号进行滤波处理，输出增强信号； 步骤S22:相位差计算:通过相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟，蔡选宪，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35