[发明专利]基于复系数滤波的科氏质量流量计信号处理方法

说明书

基于复系数滤波的科氏质量流量计信号处理方法。首先根据通带带宽要求，设计实系数椭圆低通滤波器；再依据传感器输出信号的频率对实系数椭圆低通滤波器进行复数频移变换，得到具有带通特性，且中心频率为传感器输出信号频率的复系数滤波器。通过一对相互耦合的IIR滤波器组实现复系数滤波信号处理。将传感器输出的正弦信号通过复系数滤波信号处理得到一组相互正交的正余弦变换对，实现对正弦信号频率、幅值和相位的精确提取，并计算质量流量。

技术领域

本发明涉及流量测量领域，为科氏质量流量计信号处理方法，特别是一种基于复系数滤波的科氏质量流量计信号处理方法。采用本发明所提出的科氏质量流量计信号处理方法处理科氏质量流量传感器两路输出信号，实现质量流量的测量。

背景技术

科里奥利质量流量计(简称科氏质量流量计)，可以直接测量质量流量，同时可以测量被测流体密度等物理量，被广泛应用于石油化工、食品制药等工业场合。科氏质量流量计由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表包括流量管、磁电式速度传感器、激振器和温度传感器。二次仪表又称为变送器，主要包括信号调理和驱动电路、微处理器和信号处理方法。其中，信号处理方法是科氏质量流量计的核心技术之一，直接决定了测量精度和测量稳定性等性能指标。为了提高科氏质量流量计测量精度、响应速度和抗干扰能力等，国内外学者将多种数字信号处理方法应用于科氏质量流量传感器输出信号的处理。

(1)基于离散傅里叶变换的方法

美国Micro Motion公司用离散傅里叶变换(DFT)处理科氏质量流量计输出信号(Paul Romano.Coriolis mass flow rate meter having a substantially increasednoise immunity.US Patent No.4934196,June.19,1990)。通过DFT得到信号中的频谱，根据各次谐波上的功率谱，找到最大值所在的谱线。该谱线所对应的频率即为流量管振动基频的最佳估计，再计算两路信号在基频处相位差。但是，当信号被非整周期采样时，会出现频谱泄露的现象，导致DFT的计算精度达不到仪表测量精度的要求。为此，提出了频率粗测、细测和频率跟踪的思路。但是，没有披露其中的一些关键技术。例如，当频率变化时，如何采集过零点，等。合肥工业大学参考其思路，研制了采用DFT的基于DSP(数字信号处理器)的信号处理系统，解决了美国专利中没有说明的技术难点，并在频率细测与频率跟踪方面做了改进(徐科军，于翠欣等.科氏质量流量计数字信号处理系统，发明专利，专利号：ZL00108414.3，申请日：2000.4.30.，授权公告日：2002.12.4)。频率粗测、细测的方法一定程度上降低了非正周期采样对测量精度的影响，但是，其测量原理本质上是仍然是基于DFT的方法，只是在细测时提高的频率分辨率，无法从根本上消除非正周期采样的影响。同时，频率粗测、细测过程增加了算法的运算量。

(2)基于格型自适应陷波滤波器和计及负频率影响DTFT算法相结合的方法