涡街流量计可以测量液体、气体和蒸汽的流量；输出与流体流速成正比的脉冲信号，不存在零漂；测量精度较高，量程范围较宽。本书介绍涡街流量计的数字信号处理技术，包括基于频谱分析的信号处理方法和系统、基于陷波的抗固定强振动方法和系统、基于数字频谱与模拟带通滤波器组的低功耗系统、基于FFT的全数字式低功耗系统、针对耐高温传感器的调理电路和低功耗系统、针对低雷诺数流量的测量方法和低功耗系统、基于频率方差和频域相减的抗强振动方法与低功耗系统、基于频率方差的抗强振动方法和低功耗系统、基于频率方差和幅值计算的抗强振动方法与低功耗系统、基于卡尔曼滤波的抗强瞬态冲击方法和低功耗系统。
样章试读
目录
- 目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 流量测量的重要性 1
1.2 涡街流量计简介 1
1.2.1 涡街流量计的测量原理 2
1.2.2 应力式涡街流量计的结构组成 3
1.3 国内外研究现状 5
1.3.1 提高涡街流量计的测量准确度 5
1.3.2 实现低功耗 7
1.3.3 抗强管道振动干扰 8
参考文献 14
第2章 基于频谱分析的信号处理方法和系统 19
2.1 算法基本原理及其实现 19
2.1.1 信号数字滤波 19
2.1.2 信号频谱分析 20
2.1.3 涡街频率估计 21
2.1.4 算法仿真 22
2.2 基于DSP 的涡街流量计数字信号处理系统研制 22
2.2.1 系统硬件设计 23
2.2.2 系统软件设计 26
2.3 涡街流量计信号处理系统调试和标定 32
2.3.1 系统调试 32
2.3.2 温度实验 33
2.3.3 标定实验 34
参考文献 35
第3章 基于陷波的抗固定强振动方法和系统 37
3.1 抗固定强振动干扰算法 37
3.1.1 算法基本原理 37
3.1.2 陷阱深度和宽度可调的陷波器设计 38
3.1.3 频谱分析 50
3.1.4 算法具体实现 52
3.2 信号处理系统硬件 53
3.3 信号处理系统软件研制 54
3.3.1 DSP资源分配 54
3.3.2 软件总体框图 54
3.3.3 主监控程序 55
3.3.4 中断模块 56
3.4 系统测试和实验 56
3.4.1 常规气体流量实验 56
3.4.2 抗强振动干扰实验 57
参考文献 58
第4章 基于数字频谱与模拟带通滤波器组的低功耗系统 59
4.1 硬件设计 60
4.1.1 总体方案 60
4.1.2 压电传感器与电荷放大器 61
4.1.3 程控电压放大电路与峰值检测电路 65
4.1.4 低通滤波器 67
4.1.5 带通滤波器组 68
4.1.6 多路选通与整形电路 72
4.1.7 温压补偿模块 73
4.1.8 单片机电路 74
4.1.9 4～20mA电流输出与电源管理电路 76
4.1.10 人机接口 83
4.1.11 电源监测 84
4.2 软件研制 86
4.2.1 总体框图 86
4.2.2 主监控程序流程图 86
4.2.3 脉冲计数 88
4.2.4 频率估算 88
4.2.5 带通滤波器选择 89
4.3 测试与实验 89
4.3.1 电流输出和系统功耗测试 90
4.3.2 FFT计算精度测试 90
4.3.3 实际流量测试 90
4.4 电池供电系统 91
4.4.1 硬件设计 92
4.4.2 软件设计 96
4.4.3 测试与实验 98
参考文献 100
第5章 基于FFT的全数字式低功耗系统 102
5.1 系统硬件研制 102
5.1.1 系统框图 102
5.1.2 工作过程 103
5.2 系统软件研制 103
5.2.1 软件框图 103
5.2.2 主监控模块 104
5.2.3 计算模块 105
5.2.4 输出模块 113
5.3 标定结果 115
参考文献 116
第6章 针对耐高温传感器的调理电路和低功耗系统 117
6.1 用于耐高温涡街流量传感器的信号调理电路研制 118
6.1.1 耐高温涡街流量传感器的特点 118
6.1.2 基于双电荷放大器的信号调理电路设计 119
6.1.3 信号调理电路屏蔽 125
6.2 数字式两线制HART涡街流量变送器研制 129
6.2.1 变送器整体设计方案 130
6.2.2 两线制4～20mA电流输出及HART 通信模块 131
6.2.3 数字隔离电路 138
6.2.4 电源管理模块 139
6.2.5 EMC滤波与ESD 保护电路模块 142
6.2.6 温压补偿模块 143
6.2.7 数字信号处理模块 144
6.2.8 人机接口模块 146
6.3 系统测试 147
6.3.1 功耗测试 147
6.3.2 4～20mA电流输出精度测试 147
6.3.3 HART通信测试 148
6.3.4 水流量标定 150
参考文献 151
第7章 针对低雷诺数流量的测量方法和低功耗系统 153
7.1 基于互相关分析的流量测量方案 153
7.1.1 流量测量方案 153
7.1.2 互相关分析计算延迟时间的原理 154
7.2 一次仪表设计 156
7.3 互相关分析中有偏估计与无偏估计的比较 157
7.3.1 有偏估计和无偏估计的特点 157
7.3.2 有偏估计和无偏估计应用于两个同频率涡街流量信号 157
7.4 信号处理方法研究 160
7.4.1 基于互相关分析快速计算延迟时间方法 160
7.4.2 三次样条插值方法 163
7.5 二次仪表研制 164
7.5.1 硬件研制 164
7.5.2 软件研制 165
7.6 系统测试 167
7.6.1 功耗测试 167
7.6.2 实时性测试 167
7.6.3 水流量标定 168
参考文献 169
第8章 基于频率方差和频域相减的抗强振动方法与低功耗系统 170
8.1 涡街流量传感器输出信号模型建立 170
8.1.1 涡街流量信号模型 171
8.1.2 传感器振动噪声信号模型 180
8.1.3 机械振动噪声信号模型 180
8.1.4 涡街流量传感器输出信号模型 184
8.2 基于双传感器的抗强干扰信号处理算法研究 185
8.2.1 算法原理 185
8.2.2 算法流程 186
8.2.3 动态截止幅值 187
8.2.4 频域相减 188
8.2.5 频率方差计算 189
8.3 低功耗信号处理系统实现和实验 193
8.3.1 硬件研制 193
8.3.2 软件开发 193
8.3.3 实验测试 195
参考文献 197
第9章 基于频率方差的抗强振动方法和低功耗系统 199
9.1 涡街流量传感器输出信号的频率特征分析 199
9.1.1 强振动干扰实验 199
9.1.2 带宽分析 201
9.1.3 频率波动分析 205
9.2 抗强振动干扰算法研究 207
9.2.1 基本原理 207
9.2.2 分段动态截止幅值 208
9.2.3 频率方差算法 210
9.3 抗强振动干扰算法实现 215
9.3.1 硬件设计 215
9.3.2 软件设计 216
9.4 抗强振动气体流量实验验证 217
9.4.1 抗强振动气体流量实验平台 217
9.4.2 实验过程及验证结果 218
参考文献 221
第10章 基于频率方差和幅值计算的抗强振动方法与低功耗系统 222
10.1 涡街流量传感器输出信号分析 222
10.1.1 涡街流量计强管道振动干扰实验 222
10.1.2 涡街流量传感器输出信号的频率方差分析 227
10.1.3 涡街流量传感器输出信号的频谱幅值分析 230
10.2 抗管道振动干扰算法研究 236
10.2.1 算法原理 236
10.2.2 算法流程 237
10.2.3 频率方差计算 239
10.2.4 幅值运算 243
10.3 低功耗数字信号处理系统研制 250
10.3.1 硬件研制 250
10.3.2 软件研制 251
10.4 验证实验 253
10.4.1 气体标定实验 253
10.4.2 抗管道振动干扰实验 254
10.4.3 功耗测试实验 261
参考文献 261
第11章 基于卡尔曼滤波的抗强瞬态冲击方法和低功耗系统 262
11.1 瞬态冲击分析 262
11.2 传感器输出信号模型 263
11.2.1 瞬态冲击振动实验平台 264
11.2.2 瞬态冲击振动的时频分析 265
11.2.3 瞬态冲击振动的数学模型 266
11.2.4 数学模型的验证 269
11.3 基于卡尔曼滤波的抗强瞬态冲击方法 272
11.3.1 查找瞬态冲击数据段 273
11.3.2 卡尔曼滤波器参数配置 277
11.3.3 分段卡尔曼滤波方法 281
11.4 抗强瞬态冲击方法的低功耗实现 285
11.4.1 硬件系统 286
11.4.2 软件系统 286
11.5 抗强瞬态冲击方法的验证实验 288
11.5.1 空气流量验证实验 288
11.5.2 水流量验证实验 291
参考文献 292
京公网安备 11010102004214号