专利名称：涡街流量计信号的阈值自适应处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涡街流量计信号的阈值自适应处理方法及装置。
背景技术：
涡街流量计信号是指信号频率与被测流速成正比，被测流速越低信号幅值越小的传感器输出信号。理论上这种信号的频率与流速线性量程范围可达100∶1。但在实际测量环境中信号上会叠加各种噪声，特别是噪声往往会与信号在相同的频率范围内，因此流速越低涡街流量传感器信号的信噪比就越差。目前，在得出信号频率的方法上有两种一是采用固定阈值的窗口比较器对信号频率进行捕捉并转换为脉冲频率；二是通过数字化频谱分析来得出信号频率。第一种方法是将窗口比较器的上、下阈值固定在大部分信号频率的幅值表现区间内的某一值，窗口比较器可以在高分辨率情况下准确得出信号频率。但在信噪比较差的低流速时信号频率的幅值表现区间变化较大，固定阈值的窗口比较器难以准确捕捉信号频率，由于低流速测量的困难，使量程围度只在10∶1左右。有2000年的欧洲专利(645258)通过分段滤波放大的前置系统来弥补低流速的信号处理缺陷。第二种方法是将信号数字化后利用频谱分析来确定信号频率，但存在实时性较差和频率分辨率低的问题。如中国专利99101209.7在10Hz信号频率时一次完整的数字频谱分析要27秒多。
为达到上述目的，本发明采用如下方案一种涡街流量计信号的阈值自适应处理方法，对涡街流量计传感器输出经前置放大与滤波单元后的信号S0，采用窗口比较器对信号S0频率进行捕捉并转换为脉冲信号S1，其特征在于采用微处理机单元通过A/D转换单元对信号S0进行数据采集，在对信号S0频率的幅值表现区间A进行监测后，通过D/A转换单元动态地调整窗口比较器的上阈值Vu和下阈值Vd以适应当前信号S0频率的幅值表现区间A，从而使信号S0中反映流速的频率被窗口比较器准确捕捉和转换为对应频率的脉冲信号S1。
上述的微处理机单元的处理工作步骤如下微处理机单元通过D/A转换单元将窗口比较器的上阈值Vu和下阈值动态地调整在当前信号S0频率的幅值表现区间A内，使上阈值Vu＝K(Au-Ad)+Ad，下阈值Vd＝-K(Au-Ad)-Ad，K是根据流量计口径、流体介质在0.1~0.9中选取，而其中的幅值表现区间A以及Au与Ad可以采用以下方式得出微处理机单元通过A/D转换单元对信号S0进行数据采集，在大于涡街流量计信号频率最大周期T的时间内得出大于零的极大值点集Xp＝(Xp1，Xp2，…，Xpn)和小于零的极小值的绝对值点集Xm＝(Xm1，Xm2，…，Xmn)，得出点集Xp中最大值Xpmax与最小值Xpmin，得出点集Xm中最大值Xmmax与最小值Xmmin，取Xpmax与Xmmax中较小的值作为上限值Au，取Xpmin与Xmmin中较大的值作为下限值Ad，得出当前信号S0频率的幅值表现区间A为Ad＜A＜Au和-Au＜A＜-Ad；上述的涡街流量计信号的阈值自适应处理方法的装置，包括涡街流量计传感器的输出口经前置放大与滤波单元窗口比较器的输入口，其特征在于有一个微处理器单元的输入口经一个A/D转换单元连接前置放大与滤波单元的输出口，而其输出口经D/A转换单元连接窗口比较器的阈值接口。
本发明与现有技术相比，具有如下显著优点通过连续监测当前信号频率的幅值表现区间，并使窗口比较器的上阈值与下阈值自适应地调整在当前信号频率的幅值表现区间内，使窗口比较器对信噪比较差的信号频率也能准确地捕捉和转换为脉冲频率。整个信号处理方法既简单又具有对高低流速信号处理的自适应性、正确性和快速性特点。本方法用的装置仅在原有技术上增加微处理器和其进出口的A/D转换器，设备较简单可靠。
图1是本发明的一个实施例结构原理框图。
图2是图1示例的信号曲线图。其中图a和图b为高速流下可能的信号S0曲线和脉冲信号S1曲线，图c和图d为低速流下可能的信号S0曲线和脉冲信号S1曲线。
本发明的一个优选实施例如下述参见图1和图2。
对于传感器输出经前置放大与滤波后的信号S0的处理工作步骤如下微处理机单元3通过D/A转换单元4将窗口比较器的上阈值Vu和下阈值动态地调整在当前信号S0频率的幅值表现区间A内，使上阈值Vu＝K(Au-Ad)+Ad，下阈值Vd＝-K(Au-Ad)-Ad，K是根据流量计口径、流体介质在0.1~0.9中选�。渲械姆当硐智銩以及Au与Ad可以采用以下方式得出微处理机单元3通过A/D转换单元2对信号S0进行数据采集，在大于涡街流量计信号频率最大周期T的时间内得出大于零的极大值点集Xp＝(Xp1，Xp2，…，Xpn)和小于零的极小值的绝对值点集Xm＝(Xm1，Xm2，…，Xmn)，得出点集Xp中最大值Xpmax与最小值Xpmin，得出点集Xm中最大值Xmmax与最小值Xmmin，取Xpmax与Xmmax中较小的值作为上限值Au，取Xpmin与Xmmin中较大的值作为下限值Ad，得出当前信号S0频率的幅值表现区间A为Ad＜A＜Au和-Au＜A＜-Ad；两种典型情况下处理前信号S0曲线和处理后信号S1曲线示于图2中。
本实施例采用的装置是涡街流量计传感器1的输出口经前置放大与滤波单元2窗口比较器的输入口，有一个微处理器单元6的输入口经一个A/D转换单元4连接前置放大与滤波单元2的输出口，而其输出口经D/A转换单元5连接窗口比较器3的阈值接口。
权利要求
1.一种涡街流量计信号的阈值自适应处理方法，对涡街流量计传感器(1)输出经前置放大与滤波单元(2)后的信号S0，采用窗口比较器(3)对信号S0频率进行捕捉并转换为脉冲信号S1，其特征在于采用微处理机单元(6)通过A/D转换单元(4)对信号S0进行数据采集，在对信号S0频率的幅值表现区间A进行监测后，通过D/A转换单元(5)动态地调整窗口比较器(3)的上阈值Vu和下阈值Vd以适应当前信号S0频率的幅值表现区间，从而使信号S0中反映流速的频率被窗口比较器(3)准确捕捉和转换为对应频率的脉冲信号S1。
2.根据权利要求1所述的涡街流量计信号的阈值自适应处理方法，其特征在于微处理机单元(3)通过D/A转换单元(4)将窗口比较器的上阈值Vu和下阈值动态地调整在当前信号S0频率的幅值表现区间A内，使上阈值Vu＝K(Au-Ad)+Ad，下阈值Vd＝-K(Au-Ad)-Ad，K是根据流量计口径、流体介质在0.1~0.9中选�。渲械姆当硐智銩以及Au与Ad可以采用以下方式得出微处理机单元(3)通过A/D转换单元(2)对信号S0进行数据采集，在大于涡街流量计信号频率最大周期T的时间内得出大于零的极大值点集Xp＝(Xp1，Xp2，…，Xpn)和小于零的极小值的绝对值点集Xm＝(Xm1，Xm2，…，Xmn)，得出点集Xp中最大值Xpmax与最小值Xpmin，得出点集Xm中最大值Xmmax与最小值Xmmin，取Xpmax与Xmmax中较小的值作为上限值Au，取Xpmin与Xmmin中较大的值作为下限值Ad，得出当前信号S0频率的幅值表现区间A为Ad＜A＜Au-和-Au＜A＜-Ad；
3.一种用于权利要求1所述的涡街流量计信号的阈值自适应处理方法的装置，包括涡街流量计传感器(1)的输出口经前置放大与滤波单元(2)窗口比较器(3)的输入口，其特征在于有一个微处理器单元(6)的输入口经一个A/D转换单元(4)连接前置放大与滤波单元(2)的输出口，而其输出口经D/A转换单元(5)连接窗口比较器(3)的阈值接口。
全文摘要
本发明涉及一种涡街流量计信号的阈值自适应处理方法及装置。本发明通过微处理器对信号的连续监测，得出当前信号频率的幅值表现区间，动态调整窗口比较器的上阈值与下阈值，使窗口比较器对信噪比较差的信号频率也能准确地捕捉和转换为脉冲频率。这种连续自动监测与调整的阈值自适应处理方法，使整个信号处理对高低流速信号频率转换输出达到了自适应性、正确性和快速性的要求。本发明用的装置，包括涡街流量计传感器的输出口经前置放大与滤波单元连接窗口比较器的输入口，有一个微处理器单元的输入口经一个A/D转换单元连接前置放大与滤波单元的输出口，而其输出口经D/A转换单元连接窗口比较器的阈值接口。本发明的装置结构简单可靠。
文档编号G01F1/32GK1632471SQ20041008474
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月2日 优先权日2004年12月2日
发明者李斌, 陈洁, 宋磊 申请人:上海大学
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