激励频率的确定方法和装置与流程

本发明涉及自动控制领域，具体而言，涉及一种激励频率的确定方法和装置。

背景技术：

在现有技术中，工作人员可通过检测应变计的电磁线圈激励使钢弦发生共振，进而根据钢弦发生共振时的频率信号来计算钢弦所受的张力。

现有技术中，通常采用如下方法来使钢弦发生共振：

(1)扫频激振法。在扫频激振法中，通过应变计输出一连串连续变化的频率信号激励钢弦，当频率信号的频率和钢弦的固有频率接近时，钢弦能迅速达到共振状态，实现可靠起振。钢弦振弦起振后，钢弦在线圈中产生的感应电动势的频率即是钢弦的固有频率。然而，在该方式中，预先并不知道钢弦的固有频率，通常需要从传感器的低频下限向上限连续输出频率信号，耗时较长，而且传感器产生的信号存在时间极短，有可能钢弦已经激振了，扫频还未完成，当扫频完毕再去测量信号时，钢弦可能已经停止振动了，其测量的时间难以确定。

(2)电流法。在电流法中，当钢弦激振时，振弦应变计的钢弦通过电流，通有电流的钢弦在磁场中受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力使钢弦以其固有频率振动，同时因振动而产生的信号还可以经过反馈电路再次反馈到钢弦上，使钢弦能持续振动。然而，在该方式中，振弦式应变计的钢弦需通过电流，而长时间通电会使钢弦发热，易引起钢弦老化，材料特性发生改变进而影响测量精度。

(3)间歇激振法。在间歇激振法中，通过一连串方波信号来控制继电器吸合。当继电器闭合时，传感器的线圈与电源接通，线圈中的电磁铁将产生磁力，该磁力将钢弦拉向线圈并吸住；当继电器失电时，电流消失，线圈将钢弦放开。通过上述的拉放，实现钢弦的振动。然而，该方法对应的电路设计较为复杂，而且要使用体积较大的电磁继电器，同时继电器还有功耗大，机械触点工作可靠性欠佳和寿命较短的缺点。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种激励频率的确定方法和装置，以至少解决现有技术无法准确确定激励频率的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种激励频率的确定方法，包括：步骤a：获取传感器的当前频段所属的频率范围，其中，传感器用于检测待测管道的张力；步骤b：在频率范围中确定多个基准频率；步骤c：采用多个基准频率对传感器进行激励，并获取传感器生成的反馈信号的信号幅值；步骤d：根据信号幅值更新当前频段所对应的频率范围，重复执行步骤a至步骤d，直至当前频段对应的所有信号幅值均值满足预设条件，并确定当前频段所对应的目标基准频率为激励频率。

进一步地，激励频率的确定方法还包括：在获取传感器的当前频段所属的频率范围之前，获取传感器所对应的灵敏度范围；根据灵敏度范围以及传感器的参数信息确定分频宽度；根据分频宽度将传感器的量程频率范围划分为多个等宽频段，其中，当前频段为多个等宽频段中的任意一个频段。

进一步地，激励频率的确定方法还包括：将频率范围划分为多个频段；根据每个频段的分割点处的频率设置为每个频段对应的基准频率，得到多个基准频率。

进一步地，激励频率的确定方法还包括：以多个基准频率对传感器进行激励，生成与多个基准频率分别对应的反馈信号；获取反馈信号的信号幅值。

进一步地，激励频率的确定方法还包括：获取最大的信号幅值所对应的第一基准频率，以及与第一基准频率相邻的第二基准频率和第三基准频率；比较第二基准频率对应的第一信号幅值与第三基准频率对应的第二信号幅值，得到比较结果；根据比较结果确定第四基准频率；将当前频段对应的频率范围更新为第一基准频率与第四基准频率之间的频率范围。

进一步地，激励频率的确定方法还包括：确定第一基准频率所对应的第一子频段；确定与第一子频段相邻的第二子频段和第三子频段；获取第二子频段对应的基准频段，得到第二基准频率；获取第三子频段对应的基准频段，得到第三基准频率。

进一步地，激励频率的确定方法还包括：在确定当前频段所对应的目标基准频率为激励频率之后，采集待测管道在激励频率下共振时的共振信号；根据共振信号确定待测管道的张力。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种激励频率的确定装置，包括：第一获取模块，用于获取传感器的当前频段所属的频率范围，其中，传感器用于检测待测管道的张力；第一确定模块，用于在频率范围中确定多个基准频率；第二获取模块，用于采用多个基准频率对传感器进行激励，并获取传感器生成的反馈信号的信号幅值；第二确定模块，用于根据信号幅值更新当前频段所对应的频率范围，重复执行第一获取模块、第一确定模块和第二获取模块所包含的步骤，直至当前频段对应的所有信号幅值均值满足预设条件，并确定当前频段所对应的目标基准频率为激励频率。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述的激励频率的确定方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序被设置为运行时执行上述的激励频率的确定方法。

在本发明实施例中，采用反馈信号来确定传感器共振频率的方向和位置的方式，在获取传感器的当前频段所属的频率范围之后，通过在频率范围中确定多个基准频率，并采用多个基准频率对传感器进行激励，获取传感器生成的反馈信号的信号幅值，然后根据信号幅值更新当前频段所对应的频率范围，重复执行上述步骤，直至当前频段对应的所有信号幅值均值满足预设条件，并确定当前频段所对应的目标基准频率为激励频率。

在上述过程中，对传感器的当前频段进行分频，并实时更新频段所对应的频率范围，从而使得传感器无需每次从频率下限扫频到频率上限，缩小了传感器的扫频范围，避免了传感器采集时间长，以及信号采集不稳定的问题。

由此可见，本申请所提供的方案达到了快速确定待测管道的激励频率的目的，从而实现了提高待测管道的张力测量的效率的技术效果，进而解决了现有技术无法准确确定激励频率的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种激励频率的确定方法流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的单线圈振弦式应变计测量张力的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的电磁线圈的侧视图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的电磁线圈的俯视图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的频率与振幅的关系示意图；

图6是根据本发明实施例的一种激励频率的确定装置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种激励频率的确定方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的激励频率的确定方法流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤a：获取传感器的当前频段所属的频率范围，其中，传感器用于检测待测管道的张力。

在步骤a中，待测管道为长输天然气管道，传感器可以为应变计采集装置，其中，应变计采集装置可以为但不限于单线圈振弦式应变计。可选的，图2示出了一种可选的单线圈振弦式应变计测量张力的示意图，具体的，首先将待测管道张拉在两个端块之间，端块焊接在待测管道的表面。待测管道的变形(例如，应变变化)将导致两个端块相对运动，从而引起待测管道的钢弦张力改变。钢弦的张力改变导致待测管道的共振频率发生改变，从而通过紧靠钢弦的电磁线圈激励钢弦，使钢弦发生共振，通过钢弦测得共振时的频率信号，即可确定待测管道所受张力的大小。另外，图3示出了电磁线圈的侧视图，图4示出了电磁线圈的俯视图。

另外，传感器的频段所属的最大频率范围为传感器的量程频率，通过对传感器的当前频段所属的频率范围进行多次迭代划分，可缩小频率范围，从而使得在缩小的频率范围内更容易找到待测管道的共振频率。

步骤b：在频率范围中确定多个基准频率。

在步骤b中，可将频率范围分割为多个子频段，其中，每个子频段对应的分割点处的频率值即为基准频率。

步骤c：采用多个基准频率对传感器进行激励，并获取传感器生成的反馈信号的信号幅值。

步骤d：根据信号幅值更新当前频段所对应的频率范围，重复执行步骤a至步骤d，直至当前频段对应的所有信号幅值均值满足预设条件，并确定当前频段所对应的目标基准频率为激励频率。

在步骤d中，如果当前频段对应的所有信号幅值均值满足预设条件，则说明当前频段所对应的目标基准频率与传感器的共振频率接近或相等，该目标基准频率可作为激励频率激励传感器。如果当前频段对应的所有信号幅值均值不满足预设条件，则进一步缩小当前频段所属的频率范围，从而实现快速确定激励频率的目的。

基于上述步骤a至步骤d所限定的方案，可以获知，在本发明实施例中，采用反馈信号来确定传感器共振频率的方向和位置的方式，在获取传感器的当前频段所属的频率范围之后，通过在频率范围中确定多个基准频率，并采用多个基准频率对传感器进行激励，获取传感器生成的反馈信号的信号幅值，然后根据信号幅值更新当前频段所对应的频率范围，重复执行上述步骤，直至当前频段对应的所有信号幅值均值满足预设条件，并确定当前频段所对应的目标基准频率为激励频率。

容易注意到的是，在上述过程中，对传感器的当前频段进行分频，并实时更新频段所对应的频率范围，从而使得传感器无需每次从频率下限扫频到频率上限，缩小了传感器的扫频范围，避免了传感器采集时间长，以及信号采集不稳定的问题。

由此可见，本申请所提供的方案达到了快速确定待测管道的激励频率的目的，从而实现了提高待测管道的张力测量的效率的技术效果，进而解决了现有技术无法准确确定激励频率的技术问题。

在一种可选的实施例中，在获取传感器的当前频段所属的频率范围之前，首先获取传感器所对应的灵敏度范围，然后，根据灵敏度范围以及传感器的参数信息确定分频宽度，最后，根据分频宽度将传感器的量程频率范围划分为多个等宽频段，其中，当前频段为多个等宽频段中的任意一个频段。

可选的，上述传感器的参数信息包括但不限于传感器的型号、工作参数。

需要说明的是，上述分频宽度越大，越能快速收敛。但需保证分频的最大宽度在传感器的灵敏度范围内，其激励信号作用在传感器上时，能够获得响应。因此，本申请通过一定的理论分析，并结合传感器的型号、工作参数等条件来确定分频宽度，从而使得能够快速确定传感器对应的激励频率。

在一种可选的实施例中，在获取传感器的当前频段所属的频率范围之后，在频率范围中确定多个基准频率。具体的，将频率范围划分为多个频段，并根据每个频段的分割点处的频率设置为每个频段对应的基准频率，得到多个基准频率。

可选的，可根据传感器量程的频率范围，粗略的将量程的频率范围分为若干个等宽频段，分别以每个频段分割点处的频率值作为基准频率去激励传感器。

进一步的，在得到基准频率之后，以多个基准频率对传感器进行激励，生成与多个基准频率分别对应的反馈信号，并获取反馈信号的信号幅值。然后，获取最大的信号幅值所对应的第一基准频率，以及与第一基准频率相邻的第二基准频率和第三基准频率，并比较第二基准频率对应的第一信号幅值与第三基准频率对应的第二信号幅值，得到比较结果，根据比较结果确定第四基准频率，最后，将当前频段对应的频率范围更新为第一基准频率与第四基准频率之间的频率范围。

在上述过程中，首先找出反馈信号中振幅最大对应的频率点(即第一基准频率)，和与之相邻的两个频率点(即第二基准频率和第三基准频率)。这三个相邻的基准频率与对应的反馈信号的信号幅值具备下图5所示的关系。其中，可首先确定第一基准频率所对应的第一子频段，并确定与第一子频段相邻的第二子频段和第三子频段，然后，获取第二子频段对应的基准频段，得到第二基准频率，并获取第三子频段对应的基准频段，得到第三基准频率。

可选的，上述第四基准频率为第二基准频率和第三基准频率所对应的幅值较大者的基准频率，例如，第二基准频率对应的幅值大于第三基准频率对应的幅值，则将第二基准频率设置为第四基准频率。

以图5为例，这三个激励信号频率值分别为1000hz，1300hz，1600hz，对应的反馈信号幅值在1300hz频点(即第一基准频率)处达到最大后出现拐点，其振幅又开始下降。因此，传感器的共振频点一定位于1300hz与1600hz之间。之后，再重复以上步骤，在1300hz至1600hz之间，分成若干个等宽频段，分别以每个频段分割点处的频率值作为基准频率去激励传感器，首先确定反馈信号中振幅最大对应的频率点，和与之相邻的两个频率点，它们之间依然保持图5所示的关系。

需要说明的是，通过数次迭代，当检测到的反馈信号幅值均值达到预设的判定条件后，说明激励信号的频率值与传感器的共振频点接近或相等，信号采集过程结束。

在一种可选的实施例中，在确定当前频段所对应的目标基准频率为激励频率之后，还采集待测管道在激励频率下共振时的共振信号，并根据共振信号确定待测管道的张力。

在正常情况下，待测管道的应变变化是连续、缓慢变化的模拟量，与待测管道刚性连接。因此，钢弦共振频率也是连续、缓慢变化的模拟量，传感器直接输出激励频率，该激励频率接近钢弦的共振频率，从而使钢弦迅速产生共振，然后传感器再采集待测管道在激励频率下共振时的频率信号。

由上述内容可知，本申请所提供的方案基于三点反馈式，通过数次迭代，能够快速确定传感器的共振点，实现传感器信号的快速，准确的采集。而且，每次采集无需从频率下限扫频到频率上限，避免了采集时间长，和信号采集不稳定的缺点。上述方法能够迅速和准确的使应变计钢弦产生共振，采集信号振幅更强，更加稳定。此外，在本申请中，现场的应变采集装置硬件结构简单可靠，软件复杂度低更稳定。

实施例2

根据本发明实施例，还提供了一种激励频率的确定装置实施例，其中，图6是根据本发明实施例的激励频率的确定装置示意图，如图6所示，该装置包括：第一获取模块601、第一确定模块603、第二获取模块605以及第二确定模块607。

其中，第一获取模块601，用于获取传感器的当前频段所属的频率范围，其中，传感器用于检测待测管道的张力；第一确定模块603，用于在频率范围中确定多个基准频率；第二获取模块605，用于采用多个基准频率对传感器进行激励，并获取传感器生成的反馈信号的信号幅值；第二确定模块607，用于根据信号幅值更新当前频段所对应的频率范围，重复执行第一获取模块、第一确定模块和第二获取模块所包含的步骤，直至当前频段对应的所有信号幅值均值满足预设条件，并确定当前频段所对应的目标基准频率为激励频率。

需要说明的是，上述第一获取模块601、第一确定模块603、第二获取模块605以及第二确定模块607对应于上述实施例1中的步骤a至步骤d，四个模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。

可选的，激励频率的确定装置还包括：第三获取模块、第三确定模块以及第一划分模块。其中，第三获取模块，用于在获取传感器的当前频段所属的频率范围之前，获取传感器所对应的灵敏度范围；第三确定模块，用于根据灵敏度范围以及传感器的参数信息确定分频宽度；第一划分模块，用于根据分频宽度将传感器的量程频率范围划分为多个等宽频段，其中，当前频段为多个等宽频段中的任意一个频段。

可选的，第一确定模块包括：第二划分模块以及设置模块。其中，第二划分模块，用于将频率范围划分为多个频段；设置模块，用于根据每个频段的分割点处的频率设置为每个频段对应的基准频率，得到多个基准频率。

可选的，第二获取模块包括：生成模块以及第四获取模块。其中，生成模块，用于以多个基准频率对传感器进行激励，生成与多个基准频率分别对应的反馈信号；第四获取模块，用于获取反馈信号的信号幅值。

可选的，第二确定模块包括：第五获取模块、比较模块、第四确定模块以及更新模块。其中，第五获取模块，用于获取最大的信号幅值所对应的第一基准频率，以及与第一基准频率相邻的第二基准频率和第三基准频率；比较模块，用于比较第二基准频率对应的第一信号幅值与第三基准频率对应的第二信号幅值，得到比较结果；第四确定模块，用于根据比较结果确定第四基准频率；更新模块，用于将当前频段对应的频率范围更新为第一基准频率与第四基准频率之间的频率范围。

可选的，第五获取模块包括：第五确定模块、第六确定模块、第六获取模块以及第七获取模块。其中，第五确定模块，用于确定第一基准频率所对应的第一子频段；第六确定模块，用于确定与第一子频段相邻的第二子频段和第三子频段；第六获取模块，用于获取第二子频段对应的基准频段，得到第二基准频率；第七获取模块，用于获取第三子频段对应的基准频段，得到第三基准频率。

可选的，激励频率的确定装置还包括：采集模块以及第七确定模块。其中，采集模块，用于在确定当前频段所对应的目标基准频率为激励频率之后，采集待测管道在激励频率下共振时的共振信号；第七确定模块，用于根据共振信号确定待测管道的张力。

实施例3

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述实施例1中的激励频率的确定方法。

实施例4

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序被设置为运行时执行上述实施例1中的激励频率的确定方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。