一種自適應科里奧利質量流量計相位差檢測方法
【專利摘要】本發明提供一種自適應科里奧利質量流量計相位差檢測方法，用于檢測第一正弦波信號和第二正弦波信號間的相位差，首先處理這兩路信號，使得兩信號的幅值和頻率相同；該兩路信號進行加運算，得到第三正弦波信號并對該信號處理；第一正弦波信號和第二正弦波信號分別與第三正弦波信號進行乘運算，分別得到兩路變頻正弦波信號；著兩路變頻正弦波信號進行減運算，得到基于第一正弦波信號和第二正弦波信號間相位差的數學函數。本發明通過精確檢測傳感器相位差，從而最大限度提高測量精度和準確度，其測量精度可以達到ns級。
【專利說明】一種自適應科里奧利質量流量計相位差檢測方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自適應科里奧利質量流量計相位差檢測方法，適用于基于科里奧利質量流量計的信號檢測和提取。

【背景技術】
[0002]科里奧利質量流量計通常都由兩部分組成:傳感器和變送器。現在市面上應用的質量流量計都由兩根平行的振管組成，傳感器振管可以做成不同結構，如U型結構、T型結構、S型結構、微彎型、直管型等，不同結構的傳感器有各自的優缺點，適合不同的應用場合。在傳感器振管中間部位安裝有一組由磁鐵和線圈組成的驅動組件，該驅動組件源源不斷提供能量，讓兩根振管不停的在固有頻率點上做自由振動，該組件叫激振部件；在平行振管的進、出口兩側固定有兩個由磁鐵和線圈組成的電磁組件，該組件隨著振管的振動而振動，同時把機械振動轉換成電信號，供后續電路處理，這部分電路叫拾振電路。這就是傳感器產生的最原始的正弦波信號，以后所有的信號處理都是針對該信號進行。
[0003]正常情況下，當傳感器振管內流體靜止不動時，兩路拾振信號為頻率與振幅完全一致的正弦波，該兩個正弦波信號相位差為零。當振管內介質有流動時，兩個正弦波信號存在一定的相位差，流量越大，相位差也越大。質量流量的大小與兩路正弦波信號的相位差成正比關系。準確檢測出該相位差，就能計算出此刻管道內流體的質量流量等參數，質量流量計的工作原理都基于此。
[0004]傳統的過零檢測測量法對相位差的檢測精度有限，使流量計的測量精度受限。要想從根本上提高流量計的測量精度，必須找到一種新型檢測和信號提取方法。


【發明內容】

[0005]本發明提供一種自適應科里奧利質量流量計相位差檢測方法，以解決現有技術中對相位差的檢測精度有限的問題。
[0006]本發明實施例公開了一種自適應科里奧利質量流量計相位差檢測方法，用于檢測第一正弦波信號和第二正弦波信號間的相位差，所述檢測方法包括:
處理所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號，以使所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號的幅值和頻率相同；
所述經過處理的第一正弦波信號和第二正弦波信號進行加運算，得到第三正弦波信號，處理所述第三正弦波信號以使所述第三正弦波信號與所述第一及所述第二正弦波信號的幅值和頻率相同；
所述第一正弦波信號和所述第三正弦波信號進行乘運算，得到第一變頻正弦波信號；所述第二正弦波信號和所述第三正弦波信號進行乘運算，得到第二變頻正弦波信號；以及所述第一變頻正弦波信號和所述第二變頻正弦波信號進行減運算，得到基于所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號間相位差的數學函數，并基于所述數學函數得到所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號間的相位差。
[0007]根據上述方案，在第一種可能的實現方式中，處理所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號的步驟中，所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號先經放大濾波，再進行標準化雙平衡處理。
[0008]根據上述方案的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述標準化雙平衡處理過程包括:
所述第一正弦波信號在其信號處理通道中的第一預設標準電壓值與所述第一正弦波信號波形電壓的最大幅值進行除運算，得到第一波形調整系數；
所述第二正弦波信號在其信號處理通道中的第二預設標準電壓值與所述第二正弦波信號波形電壓的最大幅值進行除運算，得到第二波形調整系數；
根據所述第一波形調整系數和所述第二波形調整系數分別對所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號進行幅值調整，以使第一正弦波信號和第二正弦波信號的幅值相同。
[0009]根據上述方案，在第三種可能的實現方式中，所述第一正弦波信號、所述第二正弦波信號與所述第三正弦波信號采用乘法器進行乘運算。
[0010]根據上述方案，在第四種可能的實現方式中，所述第一變頻正弦波信號和所述第二變頻正弦波信號進行減運算之前采用微窄帶濾波技術進行濾波處理。
[0011]本發明采用上述技術方案，可達到如下有益效果:
(1)本發明對初始正弦波信號進行標準化雙平衡處理，保證了正弦波信號理想變頻前有相同的幅值，可有效減小正弦波信號變換的誤差；
(2)本發明中采用乘法器對正弦波信號進行變頻時，在進行數學運算的同時，還對隨機噪聲、白噪聲等有濾除功能；
(3)本發明采用微窄帶濾波技術對變頻信號進行處理，響應快，濾除變頻時產生的諧波并去除隨機噪聲、白噪聲和低頻干擾，還可消除電源頻率干擾以及IHz以上電的干擾；
(4)本發明所述的方法與頻率無關，任何頻率的傳感器均適用，結果不變；
(5)本發明通過精確檢測傳感器相位差，從而最大限度提高測量精度和準確度，其測量精度可以達到ns級。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1為本發明較佳實施例的相位差檢測方法流程圖。

【具體實施方式】
[0014]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0015]如圖1所示，其是本發明實施例的相位差檢測方法流程圖。本發明公開的自適應科里奧利質量流量計相位差檢測方法，用于檢測第一正弦波信號和第二正弦波信號間的相位差，該檢測方法包括如下步驟: 首先，處理第一正弦波信號Ua和第二正弦波信號Ub，以使第一正弦波信號Ua和第二正弦波信號Ub的幅值和頻率相同。
[0016]本較佳實施例中，設定Ua=a(sin (wt+ Φ /2)), Ub=b (sin (wt- f /2)) =a(sin (wt- f /2)) + Δ (sin(wt- β /2))，式中，a為第一正弦波幅值，b為第二正弦波幅值，其中b=a+A，A為第一正弦波信號a和第二正弦波信號b之間的幅值差，w為角頻率，t為時間，#為第一正弦波和第二正弦波之間的相位差。
[0017]該步驟中，第一正弦波信號Ua和第二正弦波信號Ub先經放大濾波，再進行標準化雙平衡處理。其中，放大濾波過程即將這兩路正弦波信號分別傳送到其各自的信號處理通道A和B中，進行精密放大、濾波消噪處理，濾除低頻干擾、高次諧波、白噪聲等波形自帶的無用信號，得到放大的、光滑的、真實的正弦波信號Ua和Ub ;將正弦波信號進行標準化雙平衡處理包括如下過程:
第一正弦波信號Ua在其信號處理通道A中的第一預設標準電壓值Uia與第一正弦波信號Ua波形電壓的最大幅值進行除運算，得到第一波形調整系數；
第二正弦波信號Ub在其信號處理通道B中的第二預設標準電壓值Uia與第二正弦波信號Ub波形電壓的最大幅值進行除運算，得到第二波形調整系數；
根據該第一波形調整系數和該第二波形調整系數分別對所述第一正弦波信號Ua和所述第二正弦波信號Ub進行幅值調整，以使第一正弦波信號Ua和第二正弦波信號Ub的幅值相同。
[0018]以上的標準化雙平衡處理保證了正弦波信號理想變頻前有相同的幅值，可有效減小信號變換誤差。
[0019]其次，經過處理的第一正弦波信號Ua和第二正弦波信號Ub進行加運算，得到第三正弦波信號U。，處理第三正弦波信號U。以使第三正弦波信號U。與第一正弦波信號Ua及第二正弦波信號Ub的幅值和頻率相同。
[0020]該步驟中，第三正弦波信號Ue=Ua+Ub=a(sin(wt+ β /2))+a (sin (wt- f /2)) +
Δ (sin (wt- f /2)) = (2a+ Δ) * (cos f /2) *coswt+ Δ (sin f /2)*sinwt。
[0021 ] 對第三正弦波信號Uc進行標準化處理，得到與第一正弦波信號Ua及第二正弦波信號Ub幅值和頻率相同的信號，此時的第三正弦波信號U。可作為本地振蕩信號使用。
[0022]此步驟中對U。信號進行標準化處理是為了保證信號運算前有相同的幅值和頻率。至此，已有三個幅頻值相等、相位不同的初始正弦波信號ua、Ub和U。。
[0023]再次，第一正弦波信號Ua和第三正弦波信號U。進行乘運算，得到第一變頻正弦波信號Uac ;第二正弦波信號Ub和第三正弦波信號U。進行乘運算，得到第二變頻正弦波信號Ubc。
[0024]該步驟中，采用乘法器進行乘運算。其中，Uae=Ua*Ue=k(sin f /2)*(cos f /2)
+ k (c o s 2 f /2) *sin2wt + k (sin f /2)*cos( f /2) cos2wt,Ubc=Ub*Uc=k(sin Φ /2) * (cos Φ
/2)+k (cos2 Φ /2)*sin2wt_k(sin Φ /2)*cos( Φ /2)cos2wt。
[0025]式中，k為常數。
[0026]該步驟中采用乘法器進行乘運算，在進行數學運算的同時，還對隨機噪聲、白噪聲等有濾除功能。
[0027]最后，第一變頻正弦波信號Ua。和第二變頻正弦波信號Ub。進行減運算，得到基于第一正弦波信號Ua和第二正弦波信號Ub間相位差的數學函數，并基于該數學函數得到第一正弦波信號Ua和第二正弦波信號Ub間的相位差。
[0028]該步驟中，Uae-Ubc;=ksin # ,在相位角#〈2°的正常流量范圍內，該數學函數與相位差成線性關系。
[0029]本步驟中，第一變頻正弦波信號Uac和第二變頻正弦波信號Ubc進行減運算之前先采用微窄帶濾波技術進行濾波處理。采用微窄帶濾波技術對信號進行處理，響應快，濾除變頻時產生的諧波并去除隨機噪聲、白噪聲和低頻干擾，還可消除電源頻率干擾以及IHz以上電的干擾，如開關電源、整流器和雷達等。
[0030]本發明采用兩路信號完全對稱的處理方法，在最后提取相位的數學運算中可抵消輸入信號中的共模干擾信號及濾波器自身產生的相移；并通過精確檢測傳感器相位差，從而最大限度提高測量精度和準確度，其測量精度可以達到ns級。
[0031]本發明所述的檢測方法與頻率無關，任何頻率的傳感器均適用，結果不變。
[0032]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種自適應科里奧利質量流量計相位差檢測方法，用于檢測第一正弦波信號和第二正弦波信號間的相位差，其特征在于，所述檢測方法包括: 處理所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號，以使所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號的幅值和頻率相同； 所述經過處理的第一正弦波信號和第二正弦波信號進行加運算，得到第三正弦波信號，處理所述第三正弦波信號以使所述第三正弦波信號與所述第一及所述第二正弦波信號的幅值和頻率相同； 所述第一正弦波信號和所述第三正弦波信號進行乘運算，得到第一變頻正弦波信號；所述第二正弦波信號和所述第三正弦波信號進行乘運算，得到第二變頻正弦波信號；以及 所述第一變頻正弦波信號和所述第二變頻正弦波信號進行減運算，得到基于所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號間相位差的數學函數，并基于所述數學函數得到所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號間的相位差。
2.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，處理所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號的步驟中，所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號經放大濾波后進行標準化雙平衡處理。
3.根據權利要求2所述的檢測方法，其特征在于，所述標準化雙平衡處理過程包括: 所述第一正弦波信號在其信號處理通道中的第一預設標準電壓值與所述第一正弦波信號波形電壓的最大幅值進行除運算，得到第一波形調整系數； 所述第二正弦波信號在其信號處理通道中的第二預設標準電壓值與所述第二正弦波信號波形電壓的最大幅值進行除運算，得到第二波形調整系數； 根據所述第一波形調整系數和所述第二波形調整系數分別對所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號進行幅值調整，以使第一正弦波信號和第二正弦波信號的幅值相同。
4.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述第一正弦波信號和所述第二正弦波信號與所述第三正弦波信號采用乘法器進行乘運算。
5.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述第一變頻正弦波信號和所述第二變頻正弦波信號進行減運算之前采用微窄帶濾波技術進行濾波處理。
【文檔編號】G01F1/84GK104132701SQ201410362986
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】郭海文, 馬文生, 秘長青, 任東順 申請人:太原太航科技有限公司