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科里奥利质量流量计是一种能够直接对流体质量流量进行测量的仪表,由于其具有测量精度高、测量流体范围广等优点,在工业上获得了广泛的运用,成为当前发展最为迅速的流量计之一。为了进一步改善科氏质量流量计的性能,本文在现有的研究基础上,研究改进科里奥利质量流量计的数字信号处理的方法,使得算法的实时性更好,鲁棒性更高。同时对基于DSP的核心电路系统进行了设计制作,将算法与其相结合,并进行了实验验证。主要内容如下:
1、为了确保在一定噪声环境下流量的计算精度,对拾振信号进行滤波是必要的。根据科氏流量计输出信号模型,研究采用多相抽取滤波的方法,提高信号采样率的同时进行快速的低通滤波。通过对直接自适应滤波、格型自适应滤波、IIR带通滤波、FIR带通滤波四种滤波其的滤波效果及计算需用时间进行仿真比较,仿真结果表明,IIR带通滤波的综合效果最佳,可作为参考信号滤波器。
2、高精度地求得两路拾振器输出的信号相位差是科里奥利质量流量计信号处理的关键。本文对基于希尔伯特变换计算相位差的算法进行了深入研究。通过希尔伯特变换构建两路解析信号,再通过相应的共轭相乘来计算两信号间的相位差,省去了非周期采样带来的问题,同时避免了频率跟踪滞后及跟踪误差引起的相位差计算的二次误差。研究分析了多种希尔伯特变换的具体实现方法,对其变换误差及相位差计算误差进行比较。针对时变信号模型,利用希尔伯特变换计算相位差算法与其他方法进行仿真比较,仿真结果证明了本论文提出的算法在计算效率和计算精度上均有一定优势。
3、以TMS320F28335芯片为核心进行系统控制和信号处理。在分析流量管振动特性后,构建激振与拾振单元所组成的反馈电路。同时设计实现了温度测量电路和电源管理电路。
4、实现系统软件设计,将数字信号处理算法移植到DSP上,同时控制各电路功能模块的运行。DSP在程序控制下,对各功能模块进行初始化设置,读取EERPROM所存储相关设定参数,利用DSP自身AD转换对两路传感器信号进行同时采集,实现相位差的实时计算。
5、对研制的科氏流量计系统进行现场调试,对计算不同流量下的信号相位差进行实时计算,实验结果较为理想。