專(zhuān)利名稱(chēng)：渦街流量計(jì)信號(hào)的閾值自適應(yīng)處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦街流量計(jì)信號(hào)的閾值自適應(yīng)處理方法及裝置。
背景技術(shù)：
渦街流量計(jì)信號(hào)是指信號(hào)頻率與被測(cè)流速成正比，被測(cè)流速越低信號(hào)幅值越小的傳感器輸出信號(hào)。理論上這種信號(hào)的頻率與流速線性量程范圍可達(dá)100∶1。但在實(shí)際測(cè)量環(huán)境中信號(hào)上會(huì)疊加各種噪聲，特別是噪聲往往會(huì)與信號(hào)在相同的頻率范圍內(nèi)，因此流速越低渦街流量傳感器信號(hào)的信噪比就越差。目前，在得出信號(hào)頻率的方法上有兩種一是采用固定閾值的窗口比較器對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行捕捉并轉(zhuǎn)換為脈沖頻率；二是通過(guò)數(shù)字化頻譜分析來(lái)得出信號(hào)頻率。第一種方法是將窗口比較器的上、下閾值固定在大部分信號(hào)頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間內(nèi)的某一值，窗口比較器可以在高分辨率情況下準(zhǔn)確得出信號(hào)頻率。但在信噪比較差的低流速時(shí)信號(hào)頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間變化較大，固定閾值的窗口比較器難以準(zhǔn)確捕捉信號(hào)頻率，由于低流速測(cè)量的困難，使量程圍度只在10∶1左右。有2000年的歐洲專(zhuān)利(645258)通過(guò)分段濾波放大的前置系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)低流速的信號(hào)處理缺陷。第二種方法是將信號(hào)數(shù)字化后利用頻譜分析來(lái)確定信號(hào)頻率，但存在實(shí)時(shí)性較差和頻率分辨率低的問(wèn)題。如中國(guó)專(zhuān)利99101209.7在10Hz信號(hào)頻率時(shí)一次完整的數(shù)字頻譜分析要27秒多。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下方案一種渦街流量計(jì)信號(hào)的閾值自適應(yīng)處理方法，對(duì)渦街流量計(jì)傳感器輸出經(jīng)前置放大與濾波單元后的信號(hào)S0，采用窗口比較器對(duì)信號(hào)S0頻率進(jìn)行捕捉并轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)S1，其特征在于采用微處理機(jī)單元通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元對(duì)信號(hào)S0進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在對(duì)信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間A進(jìn)行監(jiān)測(cè)后，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換單元?jiǎng)討B(tài)地調(diào)整窗口比較器的上閾值Vu和下閾值Vd以適應(yīng)當(dāng)前信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間A，從而使信號(hào)S0中反映流速的頻率被窗口比較器準(zhǔn)確捕捉和轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)S1。
上述的微處理機(jī)單元的處理工作步驟如下微處理機(jī)單元通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換單元將窗口比較器的上閾值Vu和下閾值動(dòng)態(tài)地調(diào)整在當(dāng)前信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間A內(nèi)，使上閾值Vu＝K(Au-Ad)+Ad，下閾值Vd＝-K(Au-Ad)-Ad，K是根據(jù)流量計(jì)口徑、流體介質(zhì)在0.1~0.9中選取，而其中的幅值表現(xiàn)區(qū)間A以及Au與Ad可以采用以下方式得出微處理機(jī)單元通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元對(duì)信號(hào)S0進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在大于渦街流量計(jì)信號(hào)頻率最大周期T的時(shí)間內(nèi)得出大于零的極大值點(diǎn)集Xp＝(Xp1，Xp2，…，Xpn)和小于零的極小值的絕對(duì)值點(diǎn)集Xm＝(Xm1，Xm2，…，Xmn)，得出點(diǎn)集Xp中最大值Xpmax與最小值Xpmin，得出點(diǎn)集Xm中最大值Xmmax與最小值Xmmin，取Xpmax與Xmmax中較小的值作為上限值A(chǔ)u，取Xpmin與Xmmin中較大的值作為下限值A(chǔ)d，得出當(dāng)前信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間A為Ad＜A＜Au和-Au＜A＜-Ad；上述的渦街流量計(jì)信號(hào)的閾值自適應(yīng)處理方法的裝置，包括渦街流量計(jì)傳感器的輸出口經(jīng)前置放大與濾波單元窗口比較器的輸入口，其特征在于有一個(gè)微處理器單元的輸入口經(jīng)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元連接前置放大與濾波單元的輸出口，而其輸出口經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換單元連接窗口比較器的閾值接口。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)當(dāng)前信號(hào)頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間，并使窗口比較器的上閾值與下閾值自適應(yīng)地調(diào)整在當(dāng)前信號(hào)頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間內(nèi)，使窗口比較器對(duì)信噪比較差的信號(hào)頻率也能準(zhǔn)確地捕捉和轉(zhuǎn)換為脈沖頻率。整個(gè)信號(hào)處理方法既簡(jiǎn)單又具有對(duì)高低流速信號(hào)處理的自適應(yīng)性、正確性和快速性特點(diǎn)。本方法用的裝置僅在原有技術(shù)上增加微處理器和其進(jìn)出口的A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)備較簡(jiǎn)單可靠。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖2是圖1示例的信號(hào)曲線圖。其中圖a和圖b為高速流下可能的信號(hào)S0曲線和脈沖信號(hào)S1曲線，圖c和圖d為低速流下可能的信號(hào)S0曲線和脈沖信號(hào)S1曲線。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例如下述參見(jiàn)圖1和圖2。
對(duì)于傳感器輸出經(jīng)前置放大與濾波后的信號(hào)S0的處理工作步驟如下微處理機(jī)單元3通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換單元4將窗口比較器的上閾值Vu和下閾值動(dòng)態(tài)地調(diào)整在當(dāng)前信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間A內(nèi)，使上閾值Vu＝K(Au-Ad)+Ad，下閾值Vd＝-K(Au-Ad)-Ad，K是根據(jù)流量計(jì)口徑、流體介質(zhì)在0.1~0.9中選取，而其中的幅值表現(xiàn)區(qū)間A以及Au與Ad可以采用以下方式得出微處理機(jī)單元3通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元2對(duì)信號(hào)S0進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在大于渦街流量計(jì)信號(hào)頻率最大周期T的時(shí)間內(nèi)得出大于零的極大值點(diǎn)集Xp＝(Xp1，Xp2，…，Xpn)和小于零的極小值的絕對(duì)值點(diǎn)集Xm＝(Xm1，Xm2，…，Xmn)，得出點(diǎn)集Xp中最大值Xpmax與最小值Xpmin，得出點(diǎn)集Xm中最大值Xmmax與最小值Xmmin，取Xpmax與Xmmax中較小的值作為上限值A(chǔ)u，取Xpmin與Xmmin中較大的值作為下限值A(chǔ)d，得出當(dāng)前信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間A為Ad＜A＜Au和-Au＜A＜-Ad；兩種典型情況下處理前信號(hào)S0曲線和處理后信號(hào)S1曲線示于圖2中。
本實(shí)施例采用的裝置是渦街流量計(jì)傳感器1的輸出口經(jīng)前置放大與濾波單元2窗口比較器的輸入口，有一個(gè)微處理器單元6的輸入口經(jīng)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元4連接前置放大與濾波單元2的輸出口，而其輸出口經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換單元5連接窗口比較器3的閾值接口。
權(quán)利要求
1.一種渦街流量計(jì)信號(hào)的閾值自適應(yīng)處理方法，對(duì)渦街流量計(jì)傳感器(1)輸出經(jīng)前置放大與濾波單元(2)后的信號(hào)S0，采用窗口比較器(3)對(duì)信號(hào)S0頻率進(jìn)行捕捉并轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)S1，其特征在于采用微處理機(jī)單元(6)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元(4)對(duì)信號(hào)S0進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在對(duì)信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間A進(jìn)行監(jiān)測(cè)后，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換單元(5)動(dòng)態(tài)地調(diào)整窗口比較器(3)的上閾值Vu和下閾值Vd以適應(yīng)當(dāng)前信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間，從而使信號(hào)S0中反映流速的頻率被窗口比較器(3)準(zhǔn)確捕捉和轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)S1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦街流量計(jì)信號(hào)的閾值自適應(yīng)處理方法，其特征在于微處理機(jī)單元(3)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換單元(4)將窗口比較器的上閾值Vu和下閾值動(dòng)態(tài)地調(diào)整在當(dāng)前信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間A內(nèi)，使上閾值Vu＝K(Au-Ad)+Ad，下閾值Vd＝-K(Au-Ad)-Ad，K是根據(jù)流量計(jì)口徑、流體介質(zhì)在0.1~0.9中選取，而其中的幅值表現(xiàn)區(qū)間A以及Au與Ad可以采用以下方式得出微處理機(jī)單元(3)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元(2)對(duì)信號(hào)S0進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在大于渦街流量計(jì)信號(hào)頻率最大周期T的時(shí)間內(nèi)得出大于零的極大值點(diǎn)集Xp＝(Xp1，Xp2，…，Xpn)和小于零的極小值的絕對(duì)值點(diǎn)集Xm＝(Xm1，Xm2，…，Xmn)，得出點(diǎn)集Xp中最大值Xpmax與最小值Xpmin，得出點(diǎn)集Xm中最大值Xmmax與最小值Xmmin，取Xpmax與Xmmax中較小的值作為上限值A(chǔ)u，取Xpmin與Xmmin中較大的值作為下限值A(chǔ)d，得出當(dāng)前信號(hào)S0頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間A為Ad＜A＜Au-和-Au＜A＜-Ad；
3.一種用于權(quán)利要求1所述的渦街流量計(jì)信號(hào)的閾值自適應(yīng)處理方法的裝置，包括渦街流量計(jì)傳感器(1)的輸出口經(jīng)前置放大與濾波單元(2)窗口比較器(3)的輸入口，其特征在于有一個(gè)微處理器單元(6)的輸入口經(jīng)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元(4)連接前置放大與濾波單元(2)的輸出口，而其輸出口經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換單元(5)連接窗口比較器(3)的閾值接口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦街流量計(jì)信號(hào)的閾值自適應(yīng)處理方法及裝置。本發(fā)明通過(guò)微處理器對(duì)信號(hào)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，得出當(dāng)前信號(hào)頻率的幅值表現(xiàn)區(qū)間，動(dòng)態(tài)調(diào)整窗口比較器的上閾值與下閾值，使窗口比較器對(duì)信噪比較差的信號(hào)頻率也能準(zhǔn)確地捕捉和轉(zhuǎn)換為脈沖頻率。這種連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與調(diào)整的閾值自適應(yīng)處理方法，使整個(gè)信號(hào)處理對(duì)高低流速信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換輸出達(dá)到了自適應(yīng)性、正確性和快速性的要求。本發(fā)明用的裝置，包括渦街流量計(jì)傳感器的輸出口經(jīng)前置放大與濾波單元連接窗口比較器的輸入口，有一個(gè)微處理器單元的輸入口經(jīng)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元連接前置放大與濾波單元的輸出口，而其輸出口經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換單元連接窗口比較器的閾值接口。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。
文檔編號(hào)G01F1/32GK1632471SQ20041008474
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者李斌, 陳潔, 宋磊 申請(qǐng)人:上海大學(xué)