两种流量计数字信号处理系统的软件开发

摘要

流量测量在过程控制中起着重要的作用。本文研究两种流量计的数字信号处理方法和软件实现，一种是涡街流量计，另一种是科里奥利质量流量计。 针对基于谱分析的数字式涡街流量计在应用中响应速度比较慢及在小流量或小口径时流量计输出波动两个问题进行了深入分析。采用设置门限值的方法提高了系统响应速度。对频谱分析结果进行多次为0判断，解决了系统输出断续问题。提出一系列措施，提高了流量计输出稳定性。例如，通过对频谱分析结果限幅；在平均时去掉超过标准差的频率值，并去掉最大值和最小值；对平均结果进行第二次平均的方法减小了系统输出的波动。针对涡街信号随流量变化幅值变化比较大，采用数字电位器和低功耗运算放大器设计了程控放大器，去调整涡街信号的幅值。在一体式涡街流量计软件基础上，开发了分体式涡街流量计软件系统。 基于谱分析的数字涡街流量计是根据信号功率占优原则来进行测量的。然而，在一些有强固定干扰的场合，涡街信号的功率并不占优。为此，设计了陷阱频率、陷阱宽度和陷阱深度可任意调节的陷波滤波器去削弱在涡街信号范围内的固定强干扰，而不影响涡街频率的测量。提出先采用陷波滤波器消除固定强干扰；然后，再用功率谱分析计算出涡街信号的频率。用Microchip公司的dsPIC33FJ256MC710 DSP研制了涡街流量计信号处理系统，并取得很好的实验效果。 基于我们课题组原先提出的科氏质量流量传感器时变信号模型和处理方法，研制以TMS320F2812 DSP芯片为核心的数字信号处理系统，实时实现处理时变信号的自适应陷波滤波和SGA算法。由信号发生器、信号处理系统和PC，构建了一个测试平台，解决时变信号发生和信号处理方法测试的问题。测试结果表明，本文研制的系统和实现的算法是有效的。

目录

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致谢

第一章前言

1.1研制涡街流量计和科里奥利质量流量计数字信号处理系统的意义

1.1.1涡街流量计

1.1.2科里奥利质量流量计

1.2国内外研究现状

1.2.1涡街流量计

1.2.2科里奥利质量流量计

1.3课题来源和主要研究内容

第二章基于TI DSP的数字涡街流量计中关键技术研究

2.1引言

2.2提高信号响应的速度

2.3增加输出信号的稳定性

2.3.1除输出信号的断续现象

2.3.2解决输出信号的波动问题

2.4用于涡街流量计的程控放大器

2.4.1问题提出

2.4.2硬件设计

2.4.3软件设计

2.4.4实验结果

2.5分体式数字涡街流量计

2.5.1硬件介绍

2.5.2软件设计

2.5.3实验结果

2.6本章小结

第三章基于dsPIC的抗干扰数字涡街流量计软件研制

3.1引言

3.2抗强干扰算法

3.2.1算法基本原理

3.2.2陷阱深度和宽度可调的陷波器设计

3.2.3频谱分析

3.2.4算法具体实现

3.3信号处理系统硬件介绍

3.3.1硬件整体结构框图

3.3.2 DSP介绍

3.3.3模拟信号输入调理模块

3.3.4数字信号处理模块

3.4信号处理系统软件研制

3.4.1 DSP资源分配

3.4.2软件总体框图

3.4.3主监控程序

3.4.4中断模块

3.4.5初始化模块

3.4.6看门狗模块

3.4.7人机接口模块

3.4.8通信模块

3.4.9错误模块

3.5实验结果

3.5.1精度测试

3.5.2抗强干扰性能测试

3.6本章小结

第四章面向时变信号模型的科氏质量流量传感器数字信号处理方法实现与测试

4.1引言

4.2算法详细推导

4.2.1时变信号模型

4.2.2自适应IIR陷波器和谱线增强

4.2.3相位差及时间差的计算

4.3算法实现和测试硬件平台搭建

4.3.1 DSP选择

4.3.2硬件系统框图

4.4算法和测试平台软件开发

4.4.1 DSP软件

4.4.2 DSP与PC通信软件

4.4.3 PC方界面软件

4.5算法实现的难点于优化方案

4.6实现的性能与结果

4.6.1测试步骤

4.6.2测试结果

4.6.3误差分析

4.7进一步改进策略

4.8本章小结

参考文献

硕士阶段撰写的论文、申报的专利和获得的奖励