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差分式科氏流量计幅值精度检测如何提高

时间:2017/07/05来源:未知

  为提高差分式科氏流量计幅值检测的精度,提出了基于相关法的幅值检测算法。首先构造两路与采样信号同频的 参考信号,然后分别与采样信号进行互相关得到互相关信号,估计出采样信号的初相位,***后检测出采样信号的幅值。理论 分析表明:该方法不受信号非整周期采样的影响。仿真实验结果表明:该方法提高了检测精度,在信噪比45dB时,测量相对 误差低于0. 25%。
 
  差分式科氏流量计能够直接测量液体的质量流 量,主要应用于血液透析装置中,测量人体透析出的 液体质量,以调节药物用量,达到***好的治疗 效果。
 
  从科氏流量计工作原理可知,其正常工作是建 立在流量管稳幅振动的基础上0。差分式科氏流 量计的二次仪表目前采用模拟驱动系统,该系统在 流量管自身固有频率变化不大或工作环境相对稳定 时,可以通过反馈快速地跟踪流量管的固有频率与 幅值,以维持流量管稳幅振动®。但当工作环境变 化大或测量两相流时,流量管的固有频率与阻尼比 发生突变,由于模拟驱动系统无法快速地跟踪流量 管的固有频率与幅值的变化,严重影响了差分式科 氏流量计的测量精度与稳定性,甚至使流量管停振, 无法进行测量工作。为解决模拟驱动系统存在 的问题,采用半数字驱动系统,利用数字式幅值检测 和控制算法跟踪幅值变化,而幅值检测算法是控制差分式科氏流量计稳幅振动的前提。
 
  针对科氏流量计的幅值检测数字算法主要有极 值法、积分法M和FFT法111。极值法通过对信 号连续采样,比较连续采集的3个点的***大值,以*** 大值作为信号幅值,该方法的检测精度依赖于采样 频率,采样频率越高幅值检测精度越高,但计算量更 大。积分法通过对信号进行自相关计算,得到信号 幅值,该方法未能解决非整周期采样问题,在实际应 用中存在较大的误差。基于FFT的方法检测信号 幅值,依然未能解决非整周期采样问题,在实际应用 中存在较大误差。
 
  为提高幅值检测精度,解决非整周期采样问题, 提出一种基于相关法的幅值检测算法。首先,采用 基于相位匹配的频率跟踪算法对采样信号进行频率 估计,构造两路与采样信号同频的参考信号;然后, 参考信号分别与采样信号进行互相关计算得到两路 互相关信号;***后,通过估计采样信号的初相位,计 算出采样信号的幅值。

1.幅值检测算法

差分式科氏流量计幅值精度检测如何提高

差分式科氏流量计幅值精度检测如何提高

差分式科氏流量计幅值精度检测如何提高

差分式科氏流量计幅值精度检测如何提高

2.仿真结果及分析

(1)在不同信噪比下,对信号进行整周期采样, 3种幅值检测算法测量精度比较分别如图1、图2 所示。

整周期采样时,在相同信噪比下,3种幅值检测 算法检测精度几乎一致。信噪比越高,检测精度越 高,在SNfi为45 dB时,3种幅值检测算法的相对误差都低于0. 25%。

差分式科氏流量计幅值精度检测如何提高

(2)在不同信噪比下,对信号进行非整周期采 样,3种幅值检测算法测量精度比较分别如图3、 图4所示。

差分式科氏流量计幅值精度检测如何提高

非整周期采样时,积分法与基于FFT的幅值检

测算法均受影响,且基于FFT的算法受影响程度 更大。

基于相关法的幅值检测算法不受非整周期采样 的影响,检测精度明显优于其他两种算法,信噪比越 高,幅值检测精度越高,SNR为45dB时,相对误差 低于0.25%。

3.结论

提出了一种基于互相关的幅值检测算法,消除 了非整周期采样的影响,提高了检测精度,其检测精 度优于积分法与基于FFT的幅值检测算法。

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