一种抗强谐波干扰的多台位流量计脉冲计数补偿方法
一种抗强谐波干扰的多台位流量计脉冲计数补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流量计脉冲计数补偿领域，尤其涉及一种抗强谐波干扰的多台位流量 计脉冲计数补偿方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业发展，流量计需求不断增加，尤其是脉冲输出式流量计（在流场稳 定情况下，脉冲输出式流量计瞬时流量正比于脉冲频率）得到空前应用，对其快速、准确检 定意义重大。通用的检定装置，工控机根据流量计脉冲信号的锁相信号驱动换向器，可对流 量计的脉冲信号实现整周期截取。然而，在台位装置中，并不能保证另一台流量计脉冲计数 的测量精度要求。
[0003] 专利CN103176045A提出了一种基于重合脉冲计数的异频双相位重合检测方 法。该专利构建了异频信号相位重合预检测及相位重合脉冲群产生电路、双相位重合检 测相位偏差修正电路和门时产生电路，声称解决了传统相位重合检测易受相位噪声和触 发误差的影响，存在相位重合检测相位偏差的缺点。事实上，该专利给出的相位修正公式
(其中，N2、N1对应两路脉冲的计数值，T2、T1对应两路脉冲 的周期），不适合多台位流量计检定装置脉冲变频率、变脉宽的应用需求。
[0004] 其它相位重合检测法，例如CN102680808A、CN102323739B、CN103472299A等， 用于多台位流量计检定装置都存在检定时间不确定、需额外配套复杂的硬件装置、不利于 基于工控机的检测系统集成等问题。
【发明内容】
[0005] 为解决上述存在的问题与缺陷，本发明提供一种抗强谐波干扰的多台位流量计基 波相位脉冲补偿方法，该方法实现了在强谐波干扰下正确提取基波信号、获取基波相位、对 多路不同步脉冲信号进行精度补偿，可有效提高流量计的检定精度。
[0006] 本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
[0007] -种抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征在于，所述方 法包括：
[0008] A获取流量计及标准表输出脉冲信号u(t);
[0009] B用前置截止频率可调数字Butterworth滤波器提取基波信号y(t);
[0010] C利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻ts、&基波相位 矽、叭；
[0011] D获取测量时间内的测得脉冲个数值Np，根据相位补偿原理计算得到补偿计数值 N。，得到计数补偿后的精确计数值N。
[0012] 本发明有益效果是：
[0013] 实现了在强谐波干扰下正确提取基波信号、获取基波相位、对多路不同步脉冲信 号进行精度补偿，可有效提高流量计的检定精度。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明所述的抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法流程 框图；
[0015] 图2是脉冲信号相位提取流程框图；
[0016] 图3是Butterworth滤波曲线图；
[0017] 图4是输入角频率估计曲线图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
[0019] 本发明是基于前置截止频率可调数字Butterworth滤波器提取基波信号、自适应 陷波器状态变量周期轨道计算基波相位的不同步脉冲信号精度补偿方法，如图1所示，该 方法包括如下步骤：
[0020] 步骤10、获取流量计及标准表输出脉冲信号u(t)。
[0021] 步骤20、用前置截止频率可调数字滤波器提取基波信号y(t);其中：
[0022] 1、前置截止频率可调数字滤波器频率归一化传递函数为：
[0024]其中 1^= 2. 6131、b2= 3. 4142、b3= 2. 6131 为Butterworth滤波器的特性参数。 设采样间隔时间为Ts，《i为第i路脉冲信号角频率，设Butterworth低通滤波器截止频率 ?。为3 ?i，则其非归一化传递函数为：
[0026] 如图2所示为脉冲信号相位提取流程框图。
[0027]2、对上式进行Z变换离散化，令u(k)、y(k)为k时刻离散形式滤波器的输入、输 出，则有：
[0029]其中，八1、4、81、82、(：1、(：2、01、02、￡1、&为与《^、1；、131、132、133相关的常数。
[0030] 步骤30、利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻ts、&基波相位 A、叭的方法为：
[0031] 1、若不考虑自适应律，陷波器的传递函数为：
[0033]令f为输入信号，二阶系统状态变量为XpX2，阻尼比为|，自适应增益为y，角频 率《瞬态估计值为0 (如图4所示，为输入角频率估计曲线图），那么可设计自适应陷波器 为：
[0035] 2、令Butterworth数字滤波器滤波后周期脉冲基波信号为
.则 离散化自适应陷波器为（如图3所示为Butterworth滤波曲线）：
[0037] 3、对于第i路周期输入信号，设动态系统⑷在ts时刻进入其周期轨道，则 v? >「（ /rj,具有唯一周期轨道：
[0039] 4、根据周期轨道ri，状态变量x2与输入信号y完全一致，并可通过r ,求得脉冲 信号在任意n时刻相位：
[0041] 按上式求得闸门信号发生时刻ts、^寸脉冲信号实时相位朽、叭。
[0042] 由于式：
[0044] 为差分结构，并且流量计检定过程中有保持供水压力恒定的要求，因而利用式该 公式求补偿计数值N。可不考虑低通滤波导致的相位损失。
[0045] 步骤40获取测量时间内的测得脉冲个数值Np，根据相位补偿原理计算得到补偿计 数值N。，得到计数补偿后的精确计数值N的方法为：
[0046] 设脉冲信号周期为T，脉冲信号在闸门信号发生时刻ts、te的相位分别为 %、灼。有
> 则可得计数补偿值N。为：
[0047]
[0048] 按上升沿跳变模式计数，设在测量时间内的测得脉冲个数值NP，则经计数补偿后 的精确计数值N为：
[0049] N=Np+Nc〇
[0050] 虽然本发明所揭露的实施方式如上。但所述的内容只是为了便于理解本发明而采 用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本 发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化， 但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1. 一种抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征在于，所述方法 包括： A获取流量计及标准表输出脉冲信号u (t); B用前置截止频率可调数字Butterworth滤波器提取基波信号y (t); C利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻ts、基波相位识,、R ; D获取测量时间内的测得脉冲个数值Np，根据相位补偿原理计算得到补偿计数值N。，得 到计数补偿后的精确计数值N。2. 如权利要求1所述的抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征 在于，所述步骤B中前置截止频率可调数字Butterworth滤波器频率归一化传递函数为：(1) 其中为Butterworth滤波器的特性参数；设采样间隔时间为T s，Oi为第i路 脉冲信号角频率，设Butterworth低通滤波器截止频率ω。为3ω i，则其非归一化传递函数 为：利用Z变换对式⑵离散化，令u (k)、y (k)为k时刻离散形式滤波器的输入、输出，则有：其中，八1、4、81、82、(：1、(： 2、01、0231、&为与〇^1；、13 1、132、133相关的常数。3. 如权利要求1所述的抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征 在于，所述步骤C中，利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻ts、基波相 位A、K的方法为： 若不考虑自适应律，陷波器的传递函数为：令f为输入信号，二阶系统状态变量为XpX2，阻尼比为C，自适应增益为γ，角频率ω 瞬态估计值为Θ，那么可设计自适应陷波器为：(4) 令Butterworth数字滤波器滤波后周期脉冲基波信号为少(幻=dsin(6i「7; +0)，则 离散化自适应陷波器为：对于第i路周期输入信号，设动态系统⑷在ts时刻进入其周期轨道，则V? > h / ， 具有唯一周期轨道：(5) 因而，根据周期轨道Γρ状态变量X2与输入信号y完全一致，并可通过r i求得脉冲信 号在任意η时刻相位：(6) 按式(6)求得闸门信号发生时刻ts、寸脉冲信号的实时相位分别为死、％。4.如权利要求1所述的抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征 在于，所述步骤D中，获取测量时间内的测得脉冲个数值Np，根据相位补偿原理计算得到补 偿计数值N。，得到计数补偿后的精确计数值N的方法为： 设脉冲信号周期为T，脉冲信号在闸门信号发生时刻％、&的相位分别为奶、％，有则可得计数补偿值N。为： (7) 按上升沿跳变模式计数，设在测量时间内的测得脉冲个数值NP，则经计数补偿后的精 确计数值N为： N = Np+Nc〇 (8)
【专利摘要】本发明提供一种抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，所述方法包括：获取流量计及标准表输出脉冲信号，用前置截止频率可调数字Butterworth滤波器提取基波信号y(t)，利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻基波相位，获取测量时间内的测得脉冲个数值，根据相位补偿原理计算得到补偿计数值，得到计数补偿后的精确计数值，实现脉冲计数补偿。本发明实现了在强谐波干扰下正确提取基波信号、获取基波相位、对多路不同步脉冲信号进行精度补偿，可有效提高流量计的检定精度。
【IPC分类】G01F25/00
【公开号】CN104897250
【申请号】CN201510358402
【发明人】刘桂雄, 黄坚, 江境宏
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月25日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流量计脉冲计数补偿领域，尤其涉及一种抗强谐波干扰的多台位流量 计脉冲计数补偿方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业发展，流量计需求不断增加，尤其是脉冲输出式流量计（在流场稳 定情况下，脉冲输出式流量计瞬时流量正比于脉冲频率）得到空前应用，对其快速、准确检 定意义重大。通用的检定装置，工控机根据流量计脉冲信号的锁相信号驱动换向器，可对流 量计的脉冲信号实现整周期截取。然而，在台位装置中，并不能保证另一台流量计脉冲计数 的测量精度要求。
[0003] 专利CN103176045A提出了一种基于重合脉冲计数的异频双相位重合检测方 法。该专利构建了异频信号相位重合预检测及相位重合脉冲群产生电路、双相位重合检 测相位偏差修正电路和门时产生电路，声称解决了传统相位重合检测易受相位噪声和触 发误差的影响，存在相位重合检测相位偏差的缺点。事实上，该专利给出的相位修正公式
(其中，N2、N1对应两路脉冲的计数值，T2、T1对应两路脉冲 的周期），不适合多台位流量计检定装置脉冲变频率、变脉宽的应用需求。
[0004] 其它相位重合检测法，例如CN102680808A、CN102323739B、CN103472299A等， 用于多台位流量计检定装置都存在检定时间不确定、需额外配套复杂的硬件装置、不利于 基于工控机的检测系统集成等问题。
【发明内容】
[0005] 为解决上述存在的问题与缺陷，本发明提供一种抗强谐波干扰的多台位流量计基 波相位脉冲补偿方法，该方法实现了在强谐波干扰下正确提取基波信号、获取基波相位、对 多路不同步脉冲信号进行精度补偿，可有效提高流量计的检定精度。
[0006] 本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
[0007] -种抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征在于，所述方 法包括：
[0008] A获取流量计及标准表输出脉冲信号u(t);
[0009] B用前置截止频率可调数字Butterworth滤波器提取基波信号y(t);
[0010] C利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻ts、&基波相位 矽、叭；
[0011] D获取测量时间内的测得脉冲个数值Np，根据相位补偿原理计算得到补偿计数值 N。，得到计数补偿后的精确计数值N。
[0012] 本发明有益效果是：
[0013] 实现了在强谐波干扰下正确提取基波信号、获取基波相位、对多路不同步脉冲信 号进行精度补偿，可有效提高流量计的检定精度。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明所述的抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法流程 框图；
[0015] 图2是脉冲信号相位提取流程框图；
[0016] 图3是Butterworth滤波曲线图；
[0017] 图4是输入角频率估计曲线图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
[0019] 本发明是基于前置截止频率可调数字Butterworth滤波器提取基波信号、自适应 陷波器状态变量周期轨道计算基波相位的不同步脉冲信号精度补偿方法，如图1所示，该 方法包括如下步骤：
[0020] 步骤10、获取流量计及标准表输出脉冲信号u(t)。
[0021] 步骤20、用前置截止频率可调数字滤波器提取基波信号y(t);其中：
[0022] 1、前置截止频率可调数字滤波器频率归一化传递函数为：
[0024]其中 1^= 2. 6131、b2= 3. 4142、b3= 2. 6131 为Butterworth滤波器的特性参数。 设采样间隔时间为Ts，《i为第i路脉冲信号角频率，设Butterworth低通滤波器截止频率 ?。为3 ?i，则其非归一化传递函数为：
[0026] 如图2所示为脉冲信号相位提取流程框图。
[0027]2、对上式进行Z变换离散化，令u(k)、y(k)为k时刻离散形式滤波器的输入、输 出，则有：
[0029]其中，八1、4、81、82、(：1、(：2、01、02、￡1、&为与《^、1；、131、132、133相关的常数。
[0030] 步骤30、利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻ts、&基波相位 A、叭的方法为：
[0031] 1、若不考虑自适应律，陷波器的传递函数为：
[0033]令f为输入信号，二阶系统状态变量为XpX2，阻尼比为|，自适应增益为y，角频 率《瞬态估计值为0 (如图4所示，为输入角频率估计曲线图），那么可设计自适应陷波器 为：
[0035] 2、令Butterworth数字滤波器滤波后周期脉冲基波信号为
.则 离散化自适应陷波器为（如图3所示为Butterworth滤波曲线）：
[0037] 3、对于第i路周期输入信号，设动态系统⑷在ts时刻进入其周期轨道，则 v? >「（ /rj,具有唯一周期轨道：
[0039] 4、根据周期轨道ri，状态变量x2与输入信号y完全一致，并可通过r ,求得脉冲 信号在任意n时刻相位：
[0041] 按上式求得闸门信号发生时刻ts、^寸脉冲信号实时相位朽、叭。
[0042] 由于式：
[0044] 为差分结构，并且流量计检定过程中有保持供水压力恒定的要求，因而利用式该 公式求补偿计数值N。可不考虑低通滤波导致的相位损失。
[0045] 步骤40获取测量时间内的测得脉冲个数值Np，根据相位补偿原理计算得到补偿计 数值N。，得到计数补偿后的精确计数值N的方法为：
[0046] 设脉冲信号周期为T，脉冲信号在闸门信号发生时刻ts、te的相位分别为 %、灼。有
> 则可得计数补偿值N。为：
[0047]
[0048] 按上升沿跳变模式计数，设在测量时间内的测得脉冲个数值NP，则经计数补偿后 的精确计数值N为：
[0049] N=Np+Nc〇
[0050] 虽然本发明所揭露的实施方式如上。但所述的内容只是为了便于理解本发明而采 用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本 发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化， 但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1. 一种抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征在于，所述方法 包括： A获取流量计及标准表输出脉冲信号u (t); B用前置截止频率可调数字Butterworth滤波器提取基波信号y (t); C利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻ts、基波相位识,、R ; D获取测量时间内的测得脉冲个数值Np，根据相位补偿原理计算得到补偿计数值N。，得 到计数补偿后的精确计数值N。2. 如权利要求1所述的抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征 在于，所述步骤B中前置截止频率可调数字Butterworth滤波器频率归一化传递函数为：(1) 其中为Butterworth滤波器的特性参数；设采样间隔时间为T s，Oi为第i路 脉冲信号角频率，设Butterworth低通滤波器截止频率ω。为3ω i，则其非归一化传递函数 为：利用Z变换对式⑵离散化，令u (k)、y (k)为k时刻离散形式滤波器的输入、输出，则有：其中，八1、4、81、82、(：1、(： 2、01、0231、&为与〇^1；、13 1、132、133相关的常数。3. 如权利要求1所述的抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征 在于，所述步骤C中，利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻ts、基波相 位A、K的方法为： 若不考虑自适应律，陷波器的传递函数为：令f为输入信号，二阶系统状态变量为XpX2，阻尼比为C，自适应增益为γ，角频率ω 瞬态估计值为Θ，那么可设计自适应陷波器为：(4) 令Butterworth数字滤波器滤波后周期脉冲基波信号为少(幻=dsin(6i「7; +0)，则 离散化自适应陷波器为：对于第i路周期输入信号，设动态系统⑷在ts时刻进入其周期轨道，则V? > h / ， 具有唯一周期轨道：(5) 因而，根据周期轨道Γρ状态变量X2与输入信号y完全一致，并可通过r i求得脉冲信 号在任意η时刻相位：(6) 按式(6)求得闸门信号发生时刻ts、寸脉冲信号的实时相位分别为死、％。4.如权利要求1所述的抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，其特征 在于，所述步骤D中，获取测量时间内的测得脉冲个数值Np，根据相位补偿原理计算得到补 偿计数值N。，得到计数补偿后的精确计数值N的方法为： 设脉冲信号周期为T，脉冲信号在闸门信号发生时刻％、&的相位分别为奶、％，有则可得计数补偿值N。为： (7) 按上升沿跳变模式计数，设在测量时间内的测得脉冲个数值NP，则经计数补偿后的精 确计数值N为： N = Np+Nc〇 (8)
【专利摘要】本发明提供一种抗强谐波干扰的多台位流量计基波相位脉冲补偿方法，所述方法包括：获取流量计及标准表输出脉冲信号，用前置截止频率可调数字Butterworth滤波器提取基波信号y(t)，利用自适应陷波器状态变量周期轨道计算计数起止时刻基波相位，获取测量时间内的测得脉冲个数值，根据相位补偿原理计算得到补偿计数值，得到计数补偿后的精确计数值，实现脉冲计数补偿。本发明实现了在强谐波干扰下正确提取基波信号、获取基波相位、对多路不同步脉冲信号进行精度补偿，可有效提高流量计的检定精度。
【IPC分类】G01F25/00
【公开号】CN104897250
【申请号】CN201510358402
【发明人】刘桂雄, 黄坚, 江境宏
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月25日
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