[发明专利]一种基于FFT的科氏流量计信号处理方法

说明书

本发明属于信号处理技术领域，公开了一种基于FFT的科氏流量计信号处理方法，采用插值FFT法对采样信号作周期预估计；对数据长度是否整周期进行判断，对非整周期的数据长度作整周期数据延拓处理，并对延拓处理后的信号再次利用插值FFT法进行频率估计；利用计及负频分量的加卷积窗的FFT相位差估计算法，求出当前时刻的相位差；利用滑动递推算法，求解出每一时刻点的相位差；利用求解出的频率和相位差，计算求得流体质量流量。本发明涉及的基于FFT的科氏流量计信号处理方法计算简单，便于硬件实现，测量精度较高，有效地抑制了频谱泄漏对频率和相位差估计结果带来误差的影响，能够满足科氏流量计工业现场质量流量测量精度的要求。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种基于FFT的科氏流量计信号处理方法。

背景技术

目前，频率和相位差是数字信号处理的两大重要参数，已渗透到故障诊断、导航定位、测试控制、电力电子、通讯、雷达、生物医学等国防和国民经济的各个领域。例如，在高精度流量测量领域得到广泛应用的科氏流量计，就是通过测量流量信号的频率和相位差，进而计算出流体的质量流量。因此，实现频率和相位差的高精度测量显得尤其重要。

科氏流量计可以直接高精度地测量流体质量流量，是当前发展最为迅速、最具代表性的质量流量计之一。不管选用什么类型的科氏流量计，其原理基本相同：均是利用流体流经测量管所产生的科里奥利力导致测量管扭曲，从而使得两个输出信号之间存在一定的时间差，通过计算出两路同频正弦信号之间的频率和相位差，即可最终求得流体的质量流量。对科氏流量计的信号进行处理，关键在于准确求出信号的频率和相位差。

近年来，国内外的相关研究机构积极研究科氏流量计数字信号处理方法，以满足各种实际应用对科氏流量计性能越来越高的要求。其中，频率估计方法主要存在难以兼顾科氏流量计信号频率的收敛速度和跟踪精度的问题，不能很好实现对信号频率随机缓慢变化的持续跟踪。相位差计算方法存在冗余计算、计算量较大、实时性和计算精度均有待提高的问题，且当相位差变化幅度较小时，其计算精度明显降低，甚至可能出现无法跟踪的问题，已不能满足工业现场的实际测量需要。因此，迫切需要研究一种科氏流量计信号处理的新方法，以提高科氏流量计的动态响应能力、测量精度和实时性，满足工业现场的实际需要。

相比于其它方法，FFT法易受频谱泄漏影响，参数估计精度存在一定偏差，但由于算法简单、运算速度快、抗噪性能好、便于硬件实现，FFT法仍是当前实际工程应用最为广泛的参数估计方法。通过工业现场的大量实验数据所得，实际科氏流量计振动信号频率的变化是很小的，基本可视为时不变信号进行处理。为此，为了降低算法的复杂度，基于传统的FFT法，对科氏流量计信号的频率和相位差估计方法进行改进，进而用于计算流体的质量流量，既便于硬件实现，也可满足测量精度要求，可进一步拓宽FFT法的适用范围，提高基于FFT法的参数估计的仪器仪表性能。

综上所述，基于FFT法的参数估计方法研究具有重要的研究意义和应用价值，为有效抑制频谱泄漏影响，提高科氏流量计流量测量精度，满足工业现场实际需要，迫切需要提出一种可有效抑制频谱泄漏对频率和相位差估计结果带来误差影响，计算简单，便于硬件实现，测量精度较高的基于FFT的科氏流量计信号处理方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有频率估计方法主要存在难以兼顾科氏流量计信号频率的收敛速度和跟踪精度的问题，不能很好实现对信号频率随机缓慢变化的持续跟踪。

(2)现有相位差计算方法存在冗余计算、计算量较大、实时性和计算精度均有待提高的问题，且当相位差变化幅度较小时，其计算精度明显降低，甚至可能出现无法跟踪的问题，已不能满足工业现场的实际测量需要。

(3)FFT法易受频谱泄漏影响，参数估计精度存在一定偏差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于FFT的科氏流量计信号处理方法，尤其涉及一种基于FFT的科氏流量计信号处理方法。