基于加窗DFT在科氏流量计信号处理中的应用.pdf

2014年3月1日现代电子技术Mar.2014第37卷第5期Modern Elcctronics TcchniqucVol 37 No 5基于加窗DFT在科氏流量计信号处理中的应用于莹洁,李勇,李京华(西北工业大学电子信息学院,陕西西安7101291摘要:科里奥利质量流量计是一种直接测量质量流量的流量计,针对其対相位差估计精度的要求,采用一种基于加窗高散傳里叶变换(DFT)的相位差测量算法进行研究。该算法不需要整周期采样,可应用于含有请波的信号。与传统的相位差估计算法进行仿真对比研究,通过分析際声对估计精度的影响,研究一种改善估计精度的方法。仿真结果表明,该算法实用性好,滿足科氏流量计对精度的要求。关键词:科里奥利质量流景计;相位差;加窗离澈傅里叶变换;估计精度中图分类号:TN911-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2014)05-0061-03Implementation of Coriolis mass flowmeter in signal processing based on windowed DFTYU Y,LlYLI Jing-huaSchool of F.lelrorics and Tnfirmalim, Norllweslern Polylechnical niversily, Xi an 710129, China)Abstract: Coriolis mass flowmeter is used for dircel measurement of mass flow. Aiming #L lhe rcquircuenl of the cslimalionAc e uracy of phase diffcrence, a phase differenc measurement algoritm is Ludic, which is based on windowed discrete Fouriertransform (D)FT).There is no need to sample for the entire cycle time, and can be applied to signals with harmonics. Comparedwith the traditional phase estimation method, through analyzing the impact of noise on the estimation accuracy, a method to improve the estimation accuracy is studied. The experimental results show that the method has good effectiveness, and can meetIhe ac:Icls of Coriolis mass floKeywords: Coriolis mass flowmeter; phase difference; windowed discrete Fourier transform; estimation accuracy要保持整周期采样?或要预先知道信号频率?,在实际应0引言用中难以满足。高阶谱估计方法可有效抑制高斯噪科里娯利质量流量计(以下简称科氏流量计)是美声,却对非高斯噪声没有抑制能力。国 Micro Molion公司于1977年首先研制成功的种基基于加衛离散傅?叶变换(DFT)的相位差测量算于处于旋转系中的流体在直线运动时产生于质量流量法在科氏流量计中的应用,不需要已知信号的准确频成正比的科里奥利原皿的新型质量流量计。科氏流量率,也不需要整周期采样,当信号含有谐波时,该算法可计,利用流体流过振动管道时产生的科氏效应对管道两以通过采用合适的窗函数消除各谐波分量之间的相互干端产生振动相位的影响米測量流过管道的流体质量扰。将该算法与基于 Hilbcrt变换的相位差测量方法?的。传统的相位差计算方法精度较低,?般在1%进行比较,分析了该算法的在相同噪声影响下的优越以上。性。并在此基础上研究了相同采样点时不同的DFT变相位差是电子、通信和工业测控等领域经常需要测换点数对佔计误差的影响,选择出最优变换点数。量的参数,近年来,出现了多种相位差测量算法,如数字相关法、过零检测法、高阶谱佔计方法、DFT颇谱分析法?科氏流量计测量原理和互高阶谱佔计方法等,这些方法在计算量、抗干扰能以U型管科氏流量让为例,如图1所示。在流体流、测量精度等方面各有优缺点。过零检测法计算量过U型管时,其按照白然角颍率绕0轴振动。根据小、测量速度快,但是抗十扰能力差。数字相关法对随质点动力学原理,当流体以均匀流速V流过U型管时,机噪声有一定的抑制能力,但难以消除谐波干扰,且需入一侧产生向上的科氏加速度,相应的科氏力F,向下作用在管壁上;出侧则产生向下的科氏加速度,收稿日期:2013,-11-22科氏力F2向上作用在管壁上。科氏力F1和F2大小相