[发明专利]一种用于科里奥利质量流量计中相位差的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相位差的计算方法，特别是一种用于科里奥利质量流量计中相位差的计算方法。

背景技术

现有技术中，使用科里奥利效应质量流量计来测量质量流量和密度，其关键在于精确地测量振动的频率和两路信号的相位差（或时间差）。由于模拟信号处理方法存在很多的缺点，难以满足各种应用对科里奥利质量流量计性能方面越来越高的要求。随着数字信号处理技术和数字信号处理器（DSP）的发展，出现了许多解算方法。目前主要有一下几种数字信号解算方法：

1、美国专利US-4934196，基于离散傅里叶变换（DFT）的方法，它采用了可变的频率，使用离散傅里叶变换解算相位差。

2、美国专利US-5555190，基于自适应线性增强（ALE）的方法，中采用基于直接型IIR自适应陷波器（ANF）的自适应线性增强（ALE）计数对科里奥利质量流量计的两路输出信号进行处理，求出其频率，然后使用Goertzel算法计算增强后的相位差。

3、美国专利US-5804741，提出用数字锁相环来计算相位差的方法。

4、中国专利CN1455859，由恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司提出的基于正交解调的方法，它采用了对两路信号的差动信号进行正交解调，利用差动信号的正交分量求出相位差。

上述现有技术中的几种数字处理方法，都需要进行大量的数值运算和数据空间，映射到硬件电路上就是需要处理器消耗更大的电流和更多的内存。从而难以实现两线制4～20毫安供电的需求。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种无需进行大量数值运算和数据空间的用于科里奥利质量流量计中相位差的计算方法。

本发明采用了下列技术方案解决了其技术问题：一种用于科里奥利质量流量计中相位差的计算方法，其步骤如下：

（1）拾取入口传感器和出口传感器的信号；

（2）将拾取的模拟信号经信号调理电路和模数转换器变换成数字信号；

（3）将数字信号送入数字信号处理器；

（4）在数字信号处理器中计算两路信号差的模；

（5）在数字信号处理器中计算两路信号和的模；

（6）在数字信号处理器中计算两路信号差的模除以两路信号和的模，得到的商即是相位差的值。

 本发明法算法简单，利用三角函数，只需要少量的乘除运算就可以得到相位差。计算量小，耗电量低，占用内存不到1K，如使用德州仪器低功耗微处理器实现本算法耗电量不到3mA。从而可以实现制作4～20毫安供电的两线制科里奥利质量流量计。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

图中各序号分别表示为：

1－入口传感器；2－出口传感器；3－信号调理电路；4－信号调理电路；5－模数转换器；6－数字信号处理器。

具体实施方式

以下结合实施例以及附图对本发明作进一步的描述。

参照附图，本发明的步骤如下：

在入口传感器1和出口传感器2拾取信号；将拾取的模拟信号经信号调理电路3、4和模数转换器5变换成数字信号；再将数字信号送入数字信号处理器6；在数字信号处理器6中计算两路信号差的模和两路信号和的模；并将计算结果用FIR低通滤波器进行数字低通滤波运算；在数字信号处理器6中计算两路信号差的模除以两路信号和的模，得到的商即是相位差的值。由此在科里奥利质量流量计中就可得到所测量流体的质量流量和密度。

为了便于理解，在本实施例中，分别用Va(n)和Vb(n) 来表示自传感器的两路信号。在数字信号处理器6中计算两路信号差的模Vdiff(n)，该Vdiff(n)=Va(n)－Vb(n)。在数字信号处理器6中计算两路信号和的模Vsum(n)，该Vsum(n)=Va(n)+Vb(n)。

然后对Vsum(n)和Vdiff(n)进行数字低通滤波运算得到滤去高频的两路信号和的模Vsum1(n)和滤去高频的两路信号差的模Vdiff1(n),其公式为；

式中h(k)为M阶FIR数字低通滤波器系数。

最后对Vsum1(n)和Vdiff1(n)求商就得到了相位差Δφ

Δφ= Vdiff1(n)/ Vsum1(n)。

进一步地，如用正弦波表示来自传感器的两路信号，则公式为：