[发明专利]基于单传感器的抗强干扰的涡街流量计数字信号处理系统

权利要求书

1.基于单传感器的抗强干扰的涡街流量计数字信号处理系统，由模拟输入模块、模拟输出模块、单片机系统、脉冲输出模块、与外部单片机通信的通信模块、人机接口模块、电源模块和外部看门狗组成，其特征在于：首先对涡街流量传感器的输出信号采样N点；对N点采样值做快速傅立叶变换之后，用最大的幅值乘以设定的信噪比作为幅值的下限值，取某一幅值为门限值；将同时大于这两个值的峰值所对应的频率记下来；此时，如果频率的个数大于10，则取前10个最大的频率；然后，将这些频率作为带通滤波器的中心频率，分别对涡街流量传感器输出信号进行滤波；再根据不同采样频率，选择不同的延迟时间；再根据实际采样频率和信号频率，确定出要计算的自相关函数的点数M；采用无偏估计，计算自相关函数，公式为式中，r为表示延迟时间的点数，τ＝rT；N为数据的长度；求这些点的自相关函数的绝对值之和，再除以M，得到这些点自相关函数绝对值的平均值；再根据绝对值的平均值为峰值的0.637倍的关系，将结果除以0.637，就得到这些点自相关函数的峰值；计算滤波后信号在延迟τ后一段时间内自相关函数的峰值与τ＝0时的自相关函数值的比值；最后，取最小比值对应的频率作为涡街流量信号的频率。

2.如权利要求1所述的基于单传感器的抗强干扰的涡街流量计数字信号处理系统，其特征在于：涡街流量信号和机械振动噪声具有不同的频率带宽特征，即振动噪声是相对的窄带信号，涡街流量信号是相对的宽带信号；而通过自相关函数计算可以反映出信号的带宽特征。

3.如权利要求1所述的基于单传感器的抗强干扰的涡街流量计数字信号处理系统，其特征在于：模拟输入模块包括压电传感器、电荷放大器、限幅放大器、低通滤波器、电压跟随器；模拟输出模块包括光耦、数模转换器和4～20mA输出电路；单片机模块包括单片机MSP430F5418、复位电路、欠压监测电路、铁电存储器；脉冲输出模块包括光耦和整形电路；与外部单片机通信的通信模块包括通信模块、光耦、整形电路和外部单片机；人机接口模块包括按键输入和液晶显示电路；电源模块包括隔离和非隔离直流-直流变换器、低压差线性稳压器。

4.如权利要求1所述的基于单传感器的抗强干扰的涡街流量计数字信号处理系统，其特征在于：针对权利要求1所确定的带通滤波器中心频率，实时设计带通滤波器；采用6阶带通巴特沃斯数字滤波器；带宽定为10Hz，则上边界的截止频率为(带通滤波器中心频率-5)Hz，下边界的截止频率为(带通滤波器中心频率+5)Hz。

5.如权利要求1所述的基于单传感器的抗强干扰的涡街流量计数字信号处理系统，其特征在于：取自相关函数的绝对值的平均值来计算其峰值，即绝对值的平均值是峰值的0.637倍；为了减小计算量，只计算半个周期的自相关函数绝对值的平均值；为了提高计算精度，计算多个周期自相关函数绝对值的平均值；根据实际的采样频率和信号的频率，确定自相关函数的半个周期的点数。