基于DSP、具有谱分析功能的涡街流量计信号处理系统

　　1　引　　言

　　涡街流量计的应用相当广泛,其优点是:一次仪表内无活动部件,使用寿命长,实验室标定精度较高,可直接输出数字信号等。但是,它也存在以下缺点:1)易受噪声干扰。其现场测量精度远低于实验室标定精度和技术指标。2)由于小流量所产生信号微弱,易被噪声淹没或难以与噪声区别,目前的信号处理方法对此无能为力,只能通过限制测量范围,牺牲量程比来解决此问题。3)不同口径的一次仪表和测量不同流体要配不同的处理电路。

　　国内重庆大学蒙建波等采用基于最小均方自适应算法的现代谱分析处理流量信号[1]。由漩涡发生体、热线探针、前置处理电路和APPLE微机构成测量系统,验证了谱分析方法用于涡街流量计信号处理的可行性。但是,没有研究计算的精度、实时性和小型化等问题。此外,笔者研究表明,这种方法对谐波干扰的抑制能力较差。合肥工业大学徐科军等分别对周期图谱分析和基于Burg的现代谱分析方法用于涡街流量计的信号处理进行了仿真研究[2,3]。但是,没有考虑实用中应解决的关键问题,即计算精度、处理时间和系统小型化问题。国外SCHLATTER, Gerald, L.提出在建立噪声模板和信号模板的基础上,用互相关和功率谱相结合的方法消除涡街流量计中的强噪声[4]。但是,噪声情况各种各样,不易获得噪声的所有模板。并且,文献中没有说明如何建立信号和噪声的模板。

　　为此,本文将周期图谱分析法和数字信号处理器应用于涡街流量计的信号处理,研制了体积小、实时性强的硬、软件系统,计算流量信号的频率,提高仪表抗干扰能力,保证现场测量精度,扩展量程比,并且解决不同口径、气液要选配不同电路的问题。

　　2　系统概述

　　2.1　系统组成

　　系统硬件框图如图1所示。键盘输入完成对系统参数设定、显示内容选择的功能。串行通信RS232接口使系统可以和微机或单片机进行通信。

　　2.2　处理过程

　　流量计中的传感器将所感受到流量信号转换成电信号,经过电荷放大器、程控放大器和抗混叠滤波器,送到A/D;A/D与ADSP2181之间的通信方式为中断方式。采样数据在中断服务程序中送入ADSP2181数据缓冲区。ADSP2181定时用周期图谱分析方法对采样数据进行谱分析;在多次功率谱分析的基础上,进行平均,确定出最大功率谱值,得到它所对应的频率,即为信号的频率。ADSP2181定时计算信号频率,再根据仪表参数和通过温度、压力等补偿,可以得到瞬时流量值、流量信号频率值,进而得到流量等流量参数,送入指定数据缓冲区,供LCD显示、模拟量输出等。也可通过积算,给出累积流量。