流量傳感器信號建模、信號處理及系統(tǒng)研究.pdf

1、本論文由三部分組成:熱膜式MAF傳感器動態(tài)非線性建模、正弦激勵下電磁流量傳感器信號建模與信號處理以及渦街流量傳感器信號處理方法研究與系統(tǒng)研制. (1)針對熱膜式MAF傳感器存在的動態(tài)非線性問題,對傳感器動態(tài)非線性模型及其辨識方法進(jìn)行了研究.采用塊聯(lián)模型來描述傳感器的動態(tài)非線性,研究了Vandermonde參數(shù)辨識方法,提出了兩步辨識方法.仿真結(jié)果表明,這兩種方法都是有效的,而兩步辨識方法抑制噪聲能力較強(qiáng). (2)在進(jìn)行靜

2、動態(tài)實驗的基礎(chǔ)上,采用所提出的兩步辨識方法,建立了一個統(tǒng)一的熱膜式MAF傳感器的Hammerstein模型,能全面描述傳感器在大小流量和正負(fù)階躍輸入情況下的動態(tài)非線性特性,并給出傳感器的性能指標(biāo). (3)通過分析電磁流量傳感器的工作原理,提出了正弦激勵下電磁流量傳感器的信號模型,充分反映"變壓器效應(yīng)"和"電渦流現(xiàn)象":依據(jù)實驗數(shù)據(jù),提出了兩步擬合方法,確定了信號模型的參數(shù).該模型定量了描述傳感器輸出與流量、激勵信號之間的關(guān)系.

3、 (4)根據(jù)所提出的電磁流量傳感器信號模型的相位信息,對正交解調(diào)使用的參考信號進(jìn)行相位調(diào)整,有效地消除了正交干擾的影響,減小了傳感器的零點輸出. (5)根據(jù)小波理想重構(gòu)條件, 運用ⅡR結(jié)構(gòu)構(gòu)造Butterworth型小波濾波器組,獲得更好的幅頻特性.解決ⅡR.小波濾波器的實現(xiàn)的問題,將其應(yīng)用于含有噪聲的渦街傳感器信號的基波提取和頻率測量.在頻率測量中,提出極值誤點的判別方法,用最小二乘方法估計頻率,減少低頻噪聲的影響.采用

4、拋物線插值方法消除非整周期采樣誤差. (6)采用數(shù)字濾波與頻譜分析相結(jié)合方法處理渦街流量傳感器信號,有效地消除強(qiáng)管道振動等噪聲干擾.采用RFFT實現(xiàn)信號頻譜估計,將計算量減少了近一半,以便算法的實時實現(xiàn).采用頻譜校正的方法,提高了頻率估計的精度. (7)采用片上外設(shè)豐富的DSP芯片TMS320LF2407A作為處理器,研制了渦街流量傳感器數(shù)字信號處理系統(tǒng).采用限幅濾波電路,解決傳感器信號強(qiáng)度變化大,需要調(diào)整硬件電路參數(shù)的

5、問題.通過設(shè)置合適的頻率分辨率和頻譜校正方法,溫度和壓力補(bǔ)償,提高測量精度;利用DSP內(nèi)部定時器,用軟件方式輸出脈沖,保證其輸出的精度.利用數(shù)據(jù)循環(huán)緩沖區(qū),邊采樣邊計算,實現(xiàn)信號的實時處理.研制的系統(tǒng)體積小,制作成本低,功能齊全,能與不同口徑的渦街流量計本體匹配,擴(kuò)展儀表量程,提高儀表抗噪聲能力. (8)對研制的基于DSP的渦街流量計數(shù)字信號處理系統(tǒng)進(jìn)行了實驗調(diào)試、現(xiàn)場實驗和標(biāo)定實驗,驗證了系統(tǒng)的處理精度和工作的穩(wěn)定可靠性.該系