流量傳感器信號(hào)建模、信號(hào)處理及系統(tǒng)研究.pdf

1、本論文由三部分組成:熱膜式MAF傳感器動(dòng)態(tài)非線性建模、正弦激勵(lì)下電磁流量傳感器信號(hào)建模與信號(hào)處理以及渦街流量傳感器信號(hào)處理方法研究與系統(tǒng)研制. (1)針對(duì)熱膜式MAF傳感器存在的動(dòng)態(tài)非線性問(wèn)題,對(duì)傳感器動(dòng)態(tài)非線性模型及其辨識(shí)方法進(jìn)行了研究.采用塊聯(lián)模型來(lái)描述傳感器的動(dòng)態(tài)非線性,研究了Vandermonde參數(shù)辨識(shí)方法,提出了兩步辨識(shí)方法.仿真結(jié)果表明,這兩種方法都是有效的,而兩步辨識(shí)方法抑制噪聲能力較強(qiáng). (2)在進(jìn)行靜

2、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用所提出的兩步辨識(shí)方法,建立了一個(gè)統(tǒng)一的熱膜式MAF傳感器的Hammerstein模型,能全面描述傳感器在大小流量和正負(fù)階躍輸入情況下的動(dòng)態(tài)非線性特性,并給出傳感器的性能指標(biāo). (3)通過(guò)分析電磁流量傳感器的工作原理,提出了正弦激勵(lì)下電磁流量傳感器的信號(hào)模型,充分反映"變壓器效應(yīng)"和"電渦流現(xiàn)象":依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),提出了兩步擬合方法,確定了信號(hào)模型的參數(shù).該模型定量了描述傳感器輸出與流量、激勵(lì)信號(hào)之間的關(guān)系.

3、 (4)根據(jù)所提出的電磁流量傳感器信號(hào)模型的相位信息,對(duì)正交解調(diào)使用的參考信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)整,有效地消除了正交干擾的影響,減小了傳感器的零點(diǎn)輸出. (5)根據(jù)小波理想重構(gòu)條件, 運(yùn)用ⅡR結(jié)構(gòu)構(gòu)造Butterworth型小波濾波器組,獲得更好的幅頻特性.解決ⅡR.小波濾波器的實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題,將其應(yīng)用于含有噪聲的渦街傳感器信號(hào)的基波提取和頻率測(cè)量.在頻率測(cè)量中,提出極值誤點(diǎn)的判別方法,用最小二乘方法估計(jì)頻率,減少低頻噪聲的影響.采用

4、拋物線插值方法消除非整周期采樣誤差. (6)采用數(shù)字濾波與頻譜分析相結(jié)合方法處理渦街流量傳感器信號(hào),有效地消除強(qiáng)管道振動(dòng)等噪聲干擾.采用RFFT實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜估計(jì),將計(jì)算量減少了近一半,以便算法的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn).采用頻譜校正的方法,提高了頻率估計(jì)的精度. (7)采用片上外設(shè)豐富的DSP芯片TMS320LF2407A作為處理器,研制了渦街流量傳感器數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng).采用限幅濾波電路,解決傳感器信號(hào)強(qiáng)度變化大,需要調(diào)整硬件電路參數(shù)的

5、問(wèn)題.通過(guò)設(shè)置合適的頻率分辨率和頻譜校正方法,溫度和壓力補(bǔ)償,提高測(cè)量精度;利用DSP內(nèi)部定時(shí)器,用軟件方式輸出脈沖,保證其輸出的精度.利用數(shù)據(jù)循環(huán)緩沖區(qū),邊采樣邊計(jì)算,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)處理.研制的系統(tǒng)體積小,制作成本低,功能齊全,能與不同口徑的渦街流量計(jì)本體匹配,擴(kuò)展儀表量程,提高儀表抗噪聲能力. (8)對(duì)研制的基于DSP的渦街流量計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和標(biāo)定實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了系統(tǒng)的處理精度和工作的穩(wěn)定可靠性.該系