基于自适应陷波器的科氏流量计信号频率估计方法研究

科里奥利质量流量计(CMF,简称科氏流量计)具有测量精度高、可测流体范围广等优点,在石油、化工等行业得到了较为广泛的应用,是当前发展最为迅速、最具代表性的质量流量计之一。

科氏流量计的质量流量与两路传感器输出信号之间的时间差成正比关系,通过快速、准确地检测出信号频率和相位差,进而计算求得时间差是科氏流量计信号处理的关键。其中,相位差的估计精度也依赖于信号频率的估计精度,而现有的科氏流量计频率估计方法一般是基于自适应陷波器的频率估计方法,由于陷波器自身的原因,存在收敛速度偏慢、长时频率估计精度不高,且难以兼顾收敛速度和频率估计精度等难题,已无法满足实际应用的需要。

针对上述问题,本文探讨了基于自适应陷波器的科氏流量计频率估计方法,完成的主要工作包括:

(1)对科氏流量计的信号频率估计方法进行了归纳总结。分析了国内外有关科氏流量计信号频率估计方法的研究现状,了解了各种方法的优缺点,为克服当前存在问题和提出科氏流量计频率估计新方法打下了基础。

(2)对科氏流量计的信号模型进行了分析。基于科氏流量计的测量原理及其信号特点,对时不变信号模型和时变信号模型进行了对比分析,有助于对科氏流量计频率估计方法的动态性能开展研究。

(3)对三种自适应陷波器的性能进行了分析。分析了格型自适应陷波器、简化格型自适应陷波器和新式自适应陷波器三种典型的自适应陷波器,通过对其性能的比较分析,有助于更加直观地了解各种陷波器的优缺点,更有利于提出新的、更好的解决方法。

(4)提出了一种基于改进简化格型陷波器的科氏流量计信号频率估计方法。简化格型陷波器具有结构简单、持续跟踪能力较强等特点,但仍存在不完全收敛问题,导致陷波器无法长时持续稳定跟踪信号频率的变化,为此,本文借鉴反馈控制的思想,设计一频率跟踪质量评价指标,提出了一种基于改进简化格型陷波器的科氏流量计信号频率估计方法。

(5)提出了一种基于插值FFT和改进简化格型陷波器的频率估计方法。为去除自适应陷波器存在收敛过程的影响,首先采用插值FFT来估计信号初始频率,然后采用改进的简化格型陷波器来跟踪信号频率,提出了一种基于插值FFT和改进简化格型陷波器的科氏流量计信号频率估计方法。