科里奥利质量流量计信号处理与驱动方法的研究

发布时间：2017-04-19 16:22

  本文关键词：科里奥利质量流量计信号处理与驱动方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 科里奥利质量流量计由于其精度高、测量流体范围广、可做多参数测量等优点，在工业上获得了广泛的运用。原来的科氏流量计的信号处理主要是采用模拟电路，由于模拟信号处理系统存在很多缺点，越来越多的公司和研究机构都投入大量的人力物力来研究数字信号处理方法和系统。同时，驱动系统是科里奥利质量流量计的重要组成部分之一，它为流量管提供驱动力，使流量管以其固有频率和稳定的振幅振动，并且能够跟随流量管固有频率的变化而变化。笔者在所在实验室以往研究成果的基础上，对科氏流量计的数字信号处理方法和驱动方法进行了研究。主要研究了三种科氏流量计的数字信号处理方法：基于数字锁相环的方法、基于正交解调的方法和基于自适应Funnel滤波器和滑动Goertzel算法的方法；以及科氏流量计驱动的原理、各种模拟驱动的波形、电路以及数字驱动的方法等。 针对科里奥利质量流量计信号的特点，即信号频率在小范围内变化和信号易受谐波干扰的特点，，采用基于数字锁相环的方法处理科氏质量流量计的信号，跟踪信号频率的变化，计算相位差，对美国专利提出的方法进行了改进，并作了仿真。仿真结果表明，在有谐波干扰的情况下，数字锁相环方法可以准确地跟踪信号频率的变化和计算相位差。此外，还对相位差产生的原因进行了分析。 研究基于正交解调的科里奥利质量流量计信号处理方法，给出了同时求出信号的频率、幅值和相位(差)的公式，设计两种滤波器，研究两种跟踪方法，并进行仿真和比较，得到较好的方案。理论分析和仿真结果表明，该方法仅受基频附近的噪声的影响，如果能够设计更加理想的滤波器，其处理精度还会进一步提高。 提出基于自适应Funnel滤波器和滑动Goertzel算法的科氏流量计信号处理方法。它将自适应Funnel波器和滑动Goertzel算法结合起来，能够精确地跟踪信号的频率，计算相位差。与以往的方法相比，该方法具有兼顾跟踪精度和跟踪速度两方面要求，用定点实现时不容易产生溢出和适合于时变信号等优点。 目前主要采用模拟驱动方式。本文分析这种驱动系统的工作原理，并且从能量的观点、实现的难易程度、对高低频振动管的驱动等方面比较了各种波形的驱动信号，本文还研究几种驱动电路，以产生相应的驱动波形。 本文还对各种数字驱动方法进行了探讨，这些方法总结起来主要有基于非线性模型的方法、基于MDAC的方法、基于DAC和MDAC的方法，以及基于波形合成的方法，其中针对波形合成方法中存在的问题，本文还提出了实现使振动系统起振以及自动跟踪固有频率变化的数字驱动算法。
【关键词】：科里奥利质量流量计 数字信号处理 自适应线谱增强 正交解调 自适应Funnel滤波器 Goertzel算法
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH814
【目录】：

• 第一章 概述14-23
• 1.1 科里奥利质量流量计的原理及其特点14-18
• 1.1.1 科里奥利质量流量计的组成14-15
• 1.1.2 科里奥利质量流量计的原理15-17
• 1.1.3 科里奥利质量流量计的特点17-18
• 1.2 科氏流量计信号处理方法及研究动向18-21
• 1.2.1 科氏流量计模拟信号处理系统18
• 1.2.2 科氏流量计数字信号处理方法和系统18-20
• 1.2.3 DSP技术与科氏流量计数字信号处理方法20-21
• 1.3 科氏流量计的驱动方法及其研究动向21-22
• 1.4 本文的主要工作22-23
• 1.4.1 数字信号处理方面22
• 1.4.2 科氏流量计驱动方面22-23
• 第二章 基于数字锁相环的科氏流量计信号处理方法23-42
• 2.1 科氏流量计输出信号的特点23
• 2.2 数字锁相环的组成23-24
• 2.3 信号处理步骤24-29
• 2.3.1 外差混频24-26
• 2.3.2 通过梳状滤波器滤波26
• 2.3.3 多抽一26-27
• 2.3.4 16阶FIR滤波器滤波27-29
• 2.4 仿真结果29-42
• 2.4.1 测试频率跟踪性能30-35
• 2.4.2 相位差的计算精度35-38
• 2.4.3 关于频率跟踪、相位差计算精度的几个结论38
• 2.4.4 误差产生原因分析38-40
• 2.4.5 基于数字锁相环的信号处理方法的优缺点40-42
• 第三章 基于正交解调科里奥利质量流量计信号处理方法42-52
• 3.1 正交解调原理及计算公式42-44
• 3.1.1 正交解调原理42-43
• 3.1.2 正弦信号幅值计算43-44
• 3.1.3 正弦信号频率计算44
• 3.1.4 正弦信号相位差计算44
• 3.2 基于正交解调的科氏流量计信号处理方法的实现44-48
• 3.2.1 基于正交解调的信号处理算法结构44-45
• 3.2.2 低通滤波环节的设计45-48
• 3.3 两种信号处理方案48-51
• 3.3.1 闭环跟踪48-49
• 3.3.2 自适应陷波滤波器跟踪49-51
• 3.4 结论51-52
• 第四章 基于自适应谱线增强的科氏流量计信号处理方法52-76
• 4.1 基于自适应陷波滤波(ANF)的方法52-54
• 4.1.1 自适应陷波滤波器的主要形式和算法52-53
• 4.1.2 自适应陷波滤波器的特点53-54
• 4.2 调两参数的自适应陷波滤波器和两级陷波滤波器54-59
• 4.2.1 方法概述54-55
• 4.2.2 主要公式及实施例55-58
• 4.2.3 该方法的缺点58-59
• 4.3 基于自适应Funnel滤波器和滑动Gertzel算法的方法59-75
• 4.3.1 方法概述59
• 4.3.2 AFF的结构59-60
• 4.3.3 频率计算／谱线增强60-65
• 4.3.4 相位差计算65-68
• 4.3.5 基于AFF和SGA的信号处理方法算法流程及仿真结果68-75
• 4.4 关于本文采用的各种信号处理方法的结论75-76
• 4.4.1 4.4.1基于数字锁相环的方法75
• 4.4.2 基于正交解调的方法75
• 4.4.3 基于谱线增强的方法75-76
• 第五章 科氏流量计模拟驱动方法研究76-86
• 5.1 驱动系统的原理76-78
• 5.2 驱动信号的比较78-80
• 5.2.1 供相同的基波能量时需要消耗的总功率79-80
• 5.2.2 对高或者超高固有振动频率的振动管的驱动80
• 5.2.3 对某些非正弦周期信号可以采用数字电路80
• 5.3 驱动系统的实现80-83
• 5.3.1 正弦波驱动电路80
• 5.3.2 三角波驱动电路80-81
• 5.3.3 矩形波驱动电路81-82
• 5.3.4 多种波形驱动电路82-83
• 5.4 关于模拟驱动的几个结论83-86
• 第六章 科氏流量计数字驱动方法探讨86-94
• 6.1 基于非线性模型的驱动方案86-88
• 6.2 基于一个乘法数模转换器(MDAC)的驱动方案88-90
• 6.3 基于DAC和MDAC的驱动方案90
• 6.4 基于波形合成的方案90-92
• 6.5 关于数字驱动方法的几点结论92-94
• 第七章 结论与展望94-97
• 7.1 本文总结94-96
• 7.2 下一步工作展望96-97
• 参考文献97-102
• 硕士阶段撰写的论文102

【引证文献】

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1 杨帆;侯宏;李国平;廖知;;科里奥利质量流量计增益控制闭环设计[J];华中科技大学学报(自然科学版);2009年04期

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6 李叶;科里奥利质量流量计数字信号处理算法的研究与实现[D];合肥工业大学;2010年

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本文编号：316689