[发明专利]一种基于全数字驱动方式的科氏质量流量计启振方法

权利要求书

1.一种基于全数字驱动方式的科氏质量流量计启振方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一、初始化输出方波信号的频率范围、信号幅度以及每个频率输出的持续时间：输出方波信号的频率范围覆盖所有型号科里奥利流量管的共振频率，方波信号的幅度经过一个由OPA4277高精度运算放大器组成的一级增益调理电路将幅值放大15倍，幅值放大15倍后的方波信号幅度不变，对初始化的方波信号的频率范围进行扫频输出，扫频频率分辨率依据CMF流量管启振扫频频带宽度设置为1Hz，每个方波频率持续输出20ms，每20ms扫频频率递增1Hz，20ms包含了至少一个周期宽度的输出频率方波信号；

步骤二、科里奥利流量管在步骤一输出的方波信号的驱动下做受迫振动，使用峰值比较法对来自科里奥利质量流量计一次仪表输出的信号进行幅度检测，峰值比较法具体步骤为：

取至少包含一个周期的CMF一次仪表模数转换器采样输出信号序列中数字幅度采样值的最大值max作为信号峰峰值的数字化幅度，使用公式其中2.5为AD转换器参考电压，2¹⁵为AD转换器的分辨率，将数字化幅度转换为实际的输出信号幅度，得到的V_pp为科里奥利质量流量计一次仪表输出信号的实际幅度；

步骤三、将科里奥利质量流量计一次仪表数学模型的传递函数写成如下形式：

其中k为常系数，ξ为流量管阻尼比，ω_n为CMF流量管共振频率，CMF流量管振动体系为无限自由度受迫振动体系，且采用第一主振型；

当输入激励信号的频率ω等于流量管共振频率ω_n，使得输入激励信号与流量管固有频率耦合共振，CMF一次仪表此时输出信号的幅度最大，捕获此时CMF一次仪表最大输出信号所对应的方波激励信号频率f，该频率f的方波信号包含最接近流量管共振频率的正弦波频率分量，并能够使流量管起振，以捕获到的方波激励信号频率f重新驱动流量管，且此时保持输出方波信号频率和幅度不变，直至流量管进入共振状态；

步骤四、使用频率估计算法对CMF一次仪表输出的信号进行频率粗估，粗估详细步骤为：

设置一个k个点的采样存储数组存储AD转换器对信号的k个采样值，采样存储数组每更新m个采样点进行一次频率计算，其中k的取值范围为10倍到20倍的周期采样点数，m的取值范围为1/4周期到1个周期的周期采样点数，采用基于分段相位差的相位补偿频率计算方法求解出流量管共振固有频率f_n，使用直接数字频率合成器合成一个频率等于固有频率f_n的正弦激励信号，正弦激励信号的幅度等于初始化输出的方波信号的幅度，以数字频率合成器合成的正弦波信号激励流量管，设定一个流量管振动幅度阈值V，V＝f_n×1，单位mv，1表示流量管振动信号分辨率为1mv/Hz，CMF一次仪表输出信号幅度大于设定阈值V时，驱动系统切换到闭环驱动，否则扫频完一次后重新回到步骤一开始重复驱动。