[发明专利]一种基于励磁频率高次谐波分析的水煤浆电磁流量计信号处理方法

摘要

本发明为一种基于励磁频率高次谐波分析的水煤浆电磁流量计信号处理方法。针对电磁流量计测量水煤浆流量时，出现测量结果波动大的问题，提出基于励磁频率高次谐波分析的信号处理算法，选取励磁频率高次谐波幅值来计算流量大小，有效地避免了浆液噪声的干扰，并对幅值计算结果进行中位值滤波和滑动平均滤波，实现了水煤浆流量的稳定测量。研制基于DSP的电磁流量计硬件和软件，实时实现信号处理算法。其中，硬件包括励磁驱动模块、信号调理采集模块、数字信号处理与控制模块；软件包括主监控程序、初始化模块、看门狗模块、算法模块、人机接口模块和中断模块。

主权项

1.一种基于励磁频率高次谐波分析的水煤浆电磁流量计信号处理方法，其特征在于：基于励磁频率高次谐波分析的水煤浆电磁流量计信号处理方法具体步骤依次为：对A/D采集的数据进行FFT频谱分析、中位值滤波、滑动平均和流量转换；步骤一：FFT频谱分析；对水煤浆信号进行一定点数的FFT计算，提取某一受水煤浆噪声影响小的励磁频率的高次的奇次谐波所在频率点处的幅值；采用方波励磁的电磁流量计，其传感器输出的与流量相关的感应电动势信号的波形也类似于方波；针对与流量相关的感应电动势信号x(t)的特点，可知其是由基波和奇次谐波叠加而成的；对于一个给定单峰值为E_m的矩形波信号，其傅里叶级数展开为：式中，f_e表示基波的频率，大小等于励磁频率；t表示时间；浆液噪声在低频段幅值比较大，随着频率的增加，浆液噪声的幅值在减小；在传感器输出的信号中只有与流量相关的感应电动势信号才是有用信号，被用来计算流量；而提取感应电动势信号就需要包含频率等于f_e、3f_e、5f_e、……等频率点的信号；对水煤浆信号进行频谱分析，发现浆液噪声频带较宽，在频率点f_e处的幅值较大，甚至将基波淹没，但是，随着频率的递增，水煤浆信号中的浆液噪声逐渐衰减，使高次谐波开始突显；由式(1)可知：高次的奇次谐波的幅值也是与流量成线性关系的，因此，可以通过提取高次的奇次谐波的幅值计算流量，有效地避开浆液噪声的干扰，得到比较稳定的测量结果；步骤二：中位值滤波；对步骤一计算得到的高次的奇次谐波幅值进行多点排序，去掉等个数的最大值和最小值，对剩下的幅值进行平均，作为当前幅值输出结果D(k)(单位：V)；步骤三：滑动平均滤波；对经过中位值滤波后的幅值结果D(k)进行滑动平均滤波；设滑动平均滤波点数为N，则滤波算式为：步骤四：流量转换；将信号处理经滑动平均滤波后的结果J(k)(单位：V)乘以仪表系数K(单位：m/s/V)，得出当前流体流速v(k)(单位：m/s)，其计算公式为：v(k)＝K*J(k)   (3)再根据管道口径D(单位：mm)将流速转换为流量q(k)(单位：m³/h)，其计算公式为：通过上述信号处理方法具体步骤就可以较为准确地测量水煤浆流量。