[发明专利]一种适应对象运动特性的互相关测速方法

说明书

本发明公开了属于速度测量技术领域的一种适应对象运动特性的互相关测速方法。在被测对象移动方向前后侧各安装传感器，先根据被测对象速度范围确定渡越时间范围，对后侧传感器采集到的传感器信号以速度上限对应时刻为起始位置截取与前侧传感器信号等长时间长度的信号序列，若测量精度要求低则进行稀疏化处理。然后，对信号进行归一化后截取信号序列并进行零均值化处理，再代入互相关函数分子部分，得到峰值对应的位移量。最后，在该位移量前、后取若干邻近位移量进行互相关运算，利用插值样条运算获得互相关函数局部曲线，得到渡越时间并得到互相关速度。本发明广泛适用于工业生产过程中运动物体速度的测量，提高了互相关测速算法的实时处理速度。

技术领域

本发明属于速度测量技术领域。特别涉及一种适应对象运动特性的互相关测速方法。

背景技术

随着工业4.0时代的到来，准确实时测量工业过程中各类运动对象的移动速度对精确控制和调整生产过程参数具有重要的现实意义。

传统的互相关算法已经广泛应用于测量工业中的流体和平动物体的速度，它通过计算布置在被测对象运动方向前、后两个传感器输出信号的互相关函数的峰值来获得渡越时间，进而利用两个传感器的距离得到运动速度。然而该算法的精度和速度都有待优化。

现有的互相关优化算法包含极性相关法、抛物线拟合算法、自适应相关算法等。极性相关法将两个传感器信号1比特量化后进行互相关运算，因而运算量大大减小、运算速度提高，但测量精度下降，若仍保证较高的测量精度，测量范围将受限制。抛物线拟合算法是对互相关函数值峰值附近的3个点使用抛物线拟合的方法求出了最大峰值的准确位置从而得到渡越时间，该方法在采样间隔较大的条件下提高了互相关运算的精度，然而若这3个代表点中有1点由于实际测量条件等因素的干扰而偏离真值，计算结果将出现较大的误差。北京航空航天大学徐立军等提出的“一种用于渡越时间测量的自适应相关算法”更适用于被测速度平稳或者变化缓慢的情况。当被测速度变化较大时不能截得理想的下游扰动信号，而影响计算速率，甚至不能得到正确的测量结果。因此，需要一种适应对象运动特性的互相关测速来有效地提高测速精度和速度。

发明内容

本发明目的在于提供一种适应对象运动特性的互相关测速方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，由已知被测对象速度的上限值v₁和下限值v₂(v₁≥v₂)，依据下式(1)确定初始渡越时间的上限值τ₁和下限值τ₂(τ₁≥τ₂)：

其中，l为布置于被测对象移动方向前、后两个传感器的间距；所述前、后两个传感器为超声传感器或静电传感器，则将v₁、v₂分别设为被测对象在合理客观条件下或理论上的最大值和最小值；所述前、后两个传感器为与测量被测对象特性的相关类型的传感器；

步骤2，从t₀时刻开始，利用两个传感器以采样率f₀采集信号，其中f₀满足香农采样定理，且能使采样信号保持原始模拟信号的主要特征；

步骤3，根据上述被测速度下限值v₂和前、后侧传感器信号的波动情况合理选取采样时间长度T值，至少选取略大于2τ₁的值；

步骤4.以t₀时刻为起始位置，截取采样时间长度为T的前侧传感器信号，以(t₀+τ₂-Δt)时刻为起始位置截取采样时间长度为T的后侧传感器信号，其中Δt的选取根据被测对象速度变化特性确定；

步骤5.根据速度测量精度要求判断是否需要对原数据列进行稀疏化处理；当精度要求较低时，等间隔抽取一部分采样数据，对原数据列进行稀疏化处理。