[发明专利]一种基于相频特性的钠流量计在线校准方法

权利要求书

1.一种基于相频特性的钠流量计在线校准方法，其特征在于：

考虑到内嵌旋涡发生体的永磁式钠流量计传感器输出的两路流量波动信号之间具有因果关系，将第一路流量波动信号作为一个系统的输入，第二路流量波动信号作为这个系统的输出，并在系统中考虑采集信号时会受到加性噪声的干扰，从而建立系统的传递函数模型；

根据系统的输入和输出信号，估计系统的频率响应函数，其模值代表了输出与输入信号在对应频率下的幅值比，而其相位则代表了两路信号在对应频率下的相位差，即时间差；系统的频率响应函数的估计结果就是幅值的有偏估计；但是，对于相位而言，该估计是无偏的，即相频特性方法可以得到延迟时间的无偏估计结果；延迟时间D与系统频率响应函数相频特性Φ(f)有具体的关系式：

Φ(f)＝2πfD

原始相频特性曲线是利用Matlab中的angle函数所得，而angle函数实际调用atan2函数进行计算，对于平面内一点(x,y)：

这导致angle函数的值域限制在(-π,π]之间，所以，信号的相频特性的相位曲线每次达到-π时，就会进行翻折，以确保结果落在规定的值域内；但是，这样会导致所得相频特性曲线无法正确反映每个频率下的真实相位，因此，必须对原始相频特性曲线进行修正；

针对相位的翻折问题，设置一个相位翻折次数m，初始值为0，相位每翻折一次，m累加1；在根据angle函数得到原始相频特性之后，从零频率之后的第一个频率点开始，首先判断该频率的相位与前一频率相位之差是否大于π，若大于π，说明相位进行了翻折，m累加1，并将该频率相位减去m*2π；若相位之差小于π，说明相位没有翻折，则直接在原始相位上减去m*2π，以此修正相频特性曲线，得到每个频率对应的真实相位；

因此，可以利用相频特性计算两路信号之间的延迟时间D，进而完成对钠流量计的在线校准。

2.如权利要求1所述的一种基于相频特性的钠流量计在线校准方法，其特征在于：

根据修正后的相频特性曲线求解延迟时间D的具体实现方法有两种：

(1)基于最小二乘的原理拟合修正后的相频特性曲线的斜率k，D＝k/2π；被拟合修正后的相频特性曲线是一条过原点的直线；

(2)将各频率下的相位转换为时间，选取可信度高的频段，求多个频率分量延迟时间的算术平均值作为D。

3.如权利要求1所述的一种基于相频特性的钠流量计在线校准方法，其特征在于：

信号处理方法流程为：采样频率为10kHz的情况下，取100s长的数据；首先进行数据预处理，主要包括去均值和巴特沃斯低通滤波；去均值可以消除信号中的直流分量，而低通滤波可以减少信号频带之外的噪声干扰；数据正式处理之前，先将过程中用到的关键参数初始化，主要包括FFT点数、分段时的数据覆盖长度、相位翻折累计次数m、信号频带范围fmin和fmax；在信号互功率谱密度和频率响应函数的计算中，FFT点数与分段时的数据覆盖长度相同，流速在0.3m/s以上时，FFT点数设为32768点，流速在0.2～0.3m/s范围内时，FFT点数设为65536点，分段时的数据覆盖长度均取为FFT点数的1/2；多组结果累加之后求平均，得到该组数据的互功率谱密度和频率响应函数；得到频率响应函数之后，利用Matlab的angle函数求出相频特性曲线，根据图4所示的方法对原始相频特性曲线进行修正，得到每个频率对应的真实相位；若选择斜率拟合方法计算延迟时间，则fmin为0，fmax为互功率谱密度峰值之后幅值大于等于0.1*pm的最后一个频率点，pm为信号互功率谱的峰值，在fmin～fmax频段内利用最小二乘法拟合出斜率k，则D＝k/2π；若选择时间平均的方法计算延迟时间，首先将各频率对应的相位转换为时间，然后选取信号频带，从零频率开始搜索，幅值大于等于0.5*pm的第一个频率点作为fmin，往后继续搜索，幅值大于等于0.1*pm的最后一个频率点作为fmax，截取fmin～fmax频段内的延迟时间结果，计算其算术平均值得到D。