一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置，包括一个科氏质量流量计，科氏质量流量计自带两个磁电传感器、驱动器和恒流源，两个磁电传感器将采集到的信号传送给与磁电传感器相对应的差分放大电路，差分放大电路将处理后的信号通过与差分放大电路相对应的AD采样电路传送给DSP；驱动器通过反馈型数字驱动模块与DSP通讯连接。利用GPS模块采集科氏质量流量计位置信息，采用SIM300模块的GPRS远程网络通信，实现科氏质量流量计检测获得的参数从DSP到云服务器，以及从云服务器到移动网络终端的数据传输，该数字信号处理装置是一种高精度、实时性强的科氏质量流量计信号处理装置。
【专利说明】一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置。
【背景技术】
[0002]由于科氏质量流量计是基于流体振动原理工作，管子振动频率受流体密度等影响，二次仪表测量量为合成波的相位差，且模拟电路对外界噪声比较敏感，因此降低了测量的精确度。为了提高科氏质量流量计的精度和抗干扰能力，国内外研发机构和工程师的普遍做法是将数字信号处理算法应用于科氏质量流量计信号处理过程中。例如，中国专利CN101832803B利用同步调制方法，通过过零比较方法计算得到振动频率，从而计算出相位差。该方法比较简单，但是计算精度不高。北京化工大学采用在DFT基础上引入了线性调频Z变换算法对信号进行频率跟踪，采用滑动Goertzel算法进行信号相位差的测量(林坤，科氏流量计的DSP算法研究及实现，北京化工大学，硕士学位论文，2008)。该方法频率和相位差精度高，但实时性欠佳。合肥工业大学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，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(倪伟，科里奥利质量流量计数字信号处理方法的研究，合肥工业大学，博士学位论文，2004)。该方法实现了频率实时跟踪，但当非整周期采样时相位差计算存在频谱泄露问题，影响测量精度。
[0003]现有科氏质量流量计信号处理方法存在精度不高，实时性不强，成本较高的问题。因此，实用新型一种高精度、实时性强的低成本数字信号处理装置是当务之急。
实用新型内容
[0004]为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置，特别适`用于信号频率变化速度快、相位差不断波动的一种数字信号处理装置。
[0005]为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下:
[0006]一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置，包括一个科氏质量流量计，科氏质量流量计自带两个磁电传感器、驱动器和恒流源，两个磁电传感器将采集到的信号传送给与磁电传感器相对应的差分放大电路，差分放大电路将处理后的信号通过与差分放大电路相对应的AD采样电路传送给DSP ；
[0007]所述驱动器与DSP通讯连接；
[0008]所述恒流源与PT100相连，恒流源用于给PT100提供电压，PT100测量外界温度，PT100通过与之对应的AD采样电路与DSP相连。恒流源输入电源与dsp的电源模块相连。
[0009]所述DSP还与SRAM、EEPROM、ePWM的输出、LCD、键盘及GPS模块相连；
[0010]所述DSP还通过GPRS模块与云服务器相连，云服务器与移动终端相连。移动终端为手机、电脑等。
[0011]所述科氏质量流量计为双U型管科氏质量流量计。[0012]所述GPRS模块包括SM300模块。
[0013]本装置采用DSP作为主控制器，采用反馈型数字驱动模块进行数字驱动，利用GPS模块采集科氏质量流量计位置信息，采用SIM300模块的GPRS远程网络通信，实现科氏质量流量计检测获得的参数从DSP到云服务器，以及从云服务器到移动网络终端的数据传输。通过IXD和键盘实现人机交互功能，ePWM脉冲输出提供4~20mA电流输出。
[0014]GPRS模块能够实现向云服务器中远程传输测量数据，GPS模块能够实现对科氏质量流量计的定位，能够对流量数据，以及管道损坏进行实时监控。
[0015]云服务器接收到的数据分类存储到数据库中，通过网络开发技术，将其用网页的形式展现出来，能够实现任何网络移动终端对科式质量流量计监测数据的实时读取，数据对比分析，异常状况报警等。 [0016]一种科里奥利质量流量计数字信号处理方法，包括以下步骤:
[0017]步骤一:数字驱动，利用反馈型数字驱动模块使科氏质量流量计起振并维持稳定工作状态；
[0018]步骤二:科氏质量流量计起振并维持稳定工作状态后信号预处理，采用带通IIR数字滤波器，对AD采样电路采样得到的信号进行数字滤波，保证算法输入数据的精度；
[0019]步骤三:自适应频率跟踪，利用IIR陷波器对两路AD采样得到的带有相位差的传感器振动信号中提取增强信号，再利用牛顿LMS (最小均方误差算法)算法自适应跟踪信号频率；IIR陷波器使陷波频率收敛到流量管振动的基频，让基频周围一个窄频带以外的所有噪声通过，由IIR陷波器参数结合牛顿LMS算法求出基频；
[0020]步骤四:通过离散时间傅里叶变换算法获得两路振动信号相位差；
[0021]步骤五:将相位差进行平滑处理后求得质量流量；
[0022]步骤六:温度补偿，检测科氏流量计的敏感管材料的弹性模量温度，根据检测的温度得到补偿系数，计算出补偿后的瞬时流量，从而对温度效应进行数字补偿。
[0023]所述步骤一中数字驱动的具体过程:在驱动起始阶段，由DSP模块产生初始激振信号激振科氏质量流量计的流量管，当磁电传感器检测幅值达到给定值后，结合牛顿LMS算法估计的频率和DTFT算法估计的相位，合成正弦驱动信号，再利用非线性幅值增益控制方法，得到该时刻驱动信号幅值增益，将合成的正弦信号和非线性幅值增益相乘得到驱动信号，形成反馈回路，使流量管维持在期望幅值附近振动。
[0024]所述频率估计利用牛顿LMS算法，相位估计利用DTFT算法；
[0025]所述步骤三中基频的求取过程为:
[0026]陷波器传递函数如下:
[0027]"(z ) = —-1 , 2 2
I + pwz + p z
[0028]其中，H(Z^j)为陷波器传递函数，w陷波因子，P陷阱带宽，z-1为延迟因子。本申请中同一个符号表不的意义相同。
[0029]假设输入信号为随机游动模型时变信号，信号函数表示为x{n) = A(n)sin(aA/?)/? + φ(η)) + c{n),其中，Α(η)为信号幅值，ω (η)为信号频率，糾》为信号相位，e(n)为随机噪声信号，η为离散时间点；
[0030]当陷波器传递函数中参数w = -2cos?时，陷波器输出估计为:
【权利要求】
1.一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置，其特征是，包括一个科氏质量流量计，科氏质量流量计自带两个磁电传感器、驱动器和恒流源，两个磁电传感器将采集到的信号传送给与磁电传感器相对应的差分放大电路，差分放大电路将处理后的信号通过与差分放大电路相对应的AD采样电路传送给DSP ； 所述驱动器与DSP通讯连接； 所述恒流源与PTlOO相连，恒流源用于给PT100提供电压，PT100测量外界温度，PT100通过与之对应的AD采样电路与DSP相连； 所述DSP还通过GPRS模块与云服务器相连，云服务器与移动终端相连。
2.如权利要求1所述的一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置，其特征是，所述DSP还与SRAM、EEPROM、ePWM的输出、LCD、键盘及GPS模块相连。
3.如权利要求1所述的一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置，其特征是，所述科氏质量流量计为双U型管科氏质量流量计。
4.如权利要求1所述的一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置，其特征是，所述GPRS模块包括SM300模块。
【文档编号】G01F1/84GK203534650SQ201320656921
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】朱邱悦, 高瑞, 赵代岳, 张岩, 朱慧敏, 高璐璐 申请人:山东大学