科里奥利质量流量计(以下简称科氏流量计)是基于科里奥利力的原理工作的流量计,可以直接测量质量流量,是当前发展很迅速的流量计之一。流体流过科氏流量计的测量管时,测量管以某一频率振动,由于流体与测量管具有相对运动,所以会受到科里奥利力的作用。这个力作用在测量管两边上的方向是相反的,使测量管发生扭转,流体的质量流量与这个扭转角成正比。流量计中的磁电传感器输出两路频率相同的正弦信号,其相位差表示质量流
量。在实际应用中,由于工业现场存在各种谐波干扰和噪声,使得信号不是理想的正弦信号。同时,管子的振动频率随流体密度而变化,导致传感器输出信号的频率发生变化以及频率成分复杂化。目前,常用的基于放大、滤波、整形和计数的二次仪表测出的是合成波的相位差,并且易受谐波和随机噪声的影响,从而造成测量误差。因此,国外生产流量计的大公司和国内部分高校采用数字信号处理方法处理
科氏流量传感器的信号,研制基于数字信号处理器(DSP)的流量计的二次仪表。文献一提出了用离散傅里叶变换(DFT)方法处理科氏质量流量传感器
信号的方案。文献二针对文献[1]中存在的问题,提出了一种容易实现、精度较高的频率跟踪方法,实现整周期采样,保证数字信号处理的精度。文献三研制了基于数字信号处理器(DSP)的实时信号处理系统。文献四提出了用数字锁相环处理科氏流量传感器信号的方案。本文在参考其思路的基础上,对其加以改进,采用基于数字锁相环的方法去处理。科氏质量流量传感器的信号,跟踪信号频率的变化,计算相位差,并对计算误差进行了分析。大量的仿真结果表明,本文研究所述的方法是有效的。
(1)在没有干扰的情况下,基于数字锁相环的处理方法的频率跟踪和相位差计算的精度都很高。
(2)基于数字锁相环的处理方法对谐波和固定频率干扰的抑制能力很强。
(3)基于数字锁相环的处理方法对随机噪声的抑制能力不够强,相对而言,相位差计算受随机噪声影响较大。本文对此问题进行了误差分析。
(4)本文仅研究了方法,进行了仿真。我们将在此基础上研制基于浮点DSP的科氏流量计信号处理系统。