面向批料流测量的科氏质量流量计正交解调方法实现

发布时间：2021-08-13 23:35

　　为了提高科氏质量流量计在批料流工况下的测量精度,根据正交解调算法具有快速响应的特点,选取该算法作为批料流下的信号处理方法,并解决实现过程中的技术难点。利用正弦信号周期性的特点,实现解调信号单周期有限点数据循环调用;采用FIR陷波器和IIR低通滤波器级联完成对解调后信号的滤波,在保证滤波效果的同时降低了算法运算量;为了去除计算结果中的奇异点同时减小稳态波动,在相位差后期处理中加入两级平均;优化了算法实现过程中的资源分配。在此基础上,研制了科氏质量流量变送器,并进行了单相流和批料流标定实验,其测量误差小于0.1%,重复性小于0.05%。实验结果表明,正交解调算法在批料流下具有较好的测量精度,同时所研制的变送器具有较好的性能。 

【文章来源】：计量学报. 2020,41(07)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

正交解调法测量原理

批料流的整个过程由开启阶段、稳定阶段和关断阶段组成，且由于开启阶段和关断阶段具有对称关系，因此分析滤波器性能只需针对开启阶段和稳定阶段即可。为了将本文设计的滤波环节与文献[11]的2种滤波环节进行对比，在MATLAB中生成频率为135 Hz、幅值为4 V且混有倍频噪声和随机噪声的2路正弦信号，然后以2 000 Hz的采样频率对2路信号同时连续采样，每路信号采集10000点。开始采样时，2路信号相位差为0°，当采样点数n=5 500时，信号相位差突变为1.6°，之后均保持1.6°不变，即模拟批料流开启阶段和稳定阶段，其滤波环节在信号相位差突变时产生的延时和稳态相位差计算结果如图2和图3所示。由图2和图3可知，3种滤波环节在信号突变100点后均可跟踪上信号相位变化，且稳态最大波动均小于真实相位的0.15%。因此本文设计的FIR陷波器和IIR低通滤波器级联的滤波环节在保证与文献[11]设计滤波环节相同滤波效果的同时减小了算法的运算量。由滤波环节产生的延时为:

由图2和图3可知，3种滤波环节在信号突变100点后均可跟踪上信号相位变化，且稳态最大波动均小于真实相位的0.15%。因此本文设计的FIR陷波器和IIR低通滤波器级联的滤波环节在保证与文献[11]设计滤波环节相同滤波效果的同时减小了算法的运算量。由滤波环节产生的延时为:滤波环节可以除去信号中的大部分噪声，但在实际运算过程中，由于批料流工况下流量变化迅速、持续时间较短，导致计算得到的相位差稳态波动大，且存在奇异点，因此需要对相位差结果进行后期处理。


本文编号：3341340