[发明专利]一种科里奥利质量流量计高精度频率跟踪及估计方法

摘要

本发明提供了一种科里奥利质量流量计高精度频率跟踪及估计方法，涉及数字信号处理领域，采用改进的分段相位差频率估计方法对科里奥利质量流量计输出信号进行解算，以得到与流体流量质量和密度相关的瞬时频率，本发明采用了数字信号处理方法估计CMF谐振频率，不受模拟电路时延和RLC参数影响，具有灵活、高速与高精度的优点，无需使用自适应线性增强信号等复杂算法，在处理数据的复杂度上相比于基于AFF和SGA的科氏质量流量计数字信号处理系统有明显改善，正确稳定跟踪到CMF输出频率精度达到99.999％。

主权项

一种科里奥利质量流量计高精度频率跟踪及估计方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、根据CMF一次仪表有效输出信号确定贝塞尔滤波器的通带截止频率、通带最大衰减、阻带截止频率、阻带最小衰减四个技术指标，将四个技术指标输入电路设计软件，得到用于科里奥利质量流量计二次仪表的滤波器电路图；步骤二、按照步骤一生成的滤波器电路图，在CMF二次仪表的模‑数转换器前端搭建有源模拟贝塞尔低通滤波器；步骤三、用一个具有4通道同步采样同步转换功能的AD转换器将CMF一次仪表的输出信号转换为数字信号；步骤四、对于步骤三中AD转换器转换后输出的数字信号，用离散正弦信号x[n]表示：x[n]=Acos(ω0n+φ)=A2ejφejω0n+A2e-jφe-jω0n---(1)]]>式(1)中A为信号幅度，ω0为信号数字角频率，φ为信号初始相位，n＝0,1,2…N‑1，取x[n]的前N/2个点离散傅里叶变换，变换后的频域谱为X[k]，则X[k]=A2·ejφ·ejπN-1N(ω02π·Nfs-k)sinπ(k-ω02π·Nfs)sin[n·(k-ω02π·Nfs)/N]---(2)]]>其中k＝0，1，2…N/2‑1，fs为信号采样频率，设kmax为离散信号快速傅里叶变换处理后的峰值谱位置，式(2)中的表示为(kmax+δ)，则X[k]写为：X[k]=A2·ejφ·ejπN-1N(kmax+δ-k)sinπ(k-kmax-δ)sin[n·(k-kmax-δ)/N]---(3)]]>则该正弦信号的频率ω0表示为如下形式：ω0=(kmax+δ)2πfsN,|δ|≤0.5---(4)]]>提取步骤三AD转换器转换的数字信号的4通道中的一路，截取一组长度为2N‑1的输出数组，以标志位x[i]分成前后两个子段，即{x(n)，‑N+1≤n≤i}与{x′(n)，i≤n≤N‑1}，得到该同一路序列前后两子段的频偏估计：其中为前向FFT序列的峰值谱的相位谱，为后向FFT序列的峰值谱的相位谱；步骤五、使用解卷绕补偿2π角度使回归线性相位，综合(4)、(5)式得到：公式(6)中为信号的无偏估计频率。