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科里奥利质量流量计相位差估计研究

科里奥利质量流量计相位差估计研究

作者：王莉娅华南理工大学

学位级别：硕士

科里奥利质量流量计(CMF)的测量管在激振器的作用下做简谐振动,使两端的传感器受到科氏力的作用发生偏移,实现对质量流量的直接测量。科氏流量计具有高稳定性、高测量精度以及多功能性的优点,不仅可以实现对质量流量的测量,还可以获得... 详细信息

科里奥利质量流量计(CMF)的测量管在激振器的作用下做简谐振动,使两端的传感器受到科氏力的作用发生偏移,实现对质量流量的直接测量。科氏流量计具有高稳定性、高测量精度以及多功能性的优点,不仅可以实现对质量流量的测量,还可以获得密度和温度等,工业精度可达千分之一。但科氏流量计容易受到噪声干扰,对加工过程要求较高,且密度随速度、流体介质等缓慢变化,使得质量流量的测量精度下降。本文首先对研究课题的背景、意义以及国内外的研究现状进行了介绍,阐述了科氏流量计的结构以及优缺点,然后针对提高科氏流量计的质量流量提取精度展开研究。(1)科氏流量计的质量流量通过密度与相位差获得。为提高质量流量的提取精度,可以从相位差提取算法入手,通过提高相位差提取精度实现质量流量精度的提高。本文提出将数字上变频技术应用于流量计相位差的测量,提高相位差的估计精度。为实现该方法本文首先使用MATLAB进行算法验证,然后对算法进行分块设计。整个设计被分为信号源模块、混频模块、滤波模块以及相位提取模块,对每个模块进行编程设计和验证,最终将该方法与其他传统相位差提取算法进行比较。(2)相位差精度和密度均为影响质量流量精度的重要因素。在第一点中对相位差估计算法进行了研究,密度由科氏流量计结构的固有频率决定,本章对科氏流量计的固有频率进行讨论。本文借助ANSYS搭建了模态分析仿真模型,使用三种不同结构的弯管进行固有频率的分析。为了探究不同速度、不同流体介质对固有频率的影响,搭建了流固耦合仿真模型,最终得出流体速度、流体介质影响固有频率,固有频率随时间缓慢变化的结论。(3)根据第二点的结论可知,单纯的提高相位差估计精度并不是提高质量流量估计精度的最好方法。为此,本文提出使用希尔伯特变换和SVR构建机器学习模型,以相位差作为特征,质量流量作为标签值,将相位差与质量流量直接建立联系,避免引入密度误差。该算法首先对所得传感器信号进行滤波处理,然后通过希尔伯特变换和相关分析得到相位差和相关系数作为模型特征,构建SVR机器学习模型之后使用粒子群算法进行模型的超参数寻优最终实现质量流量的提取。最后设计实验验证该算法的准确性,实验结果表明该算法可以完成质量流量估计。

关键词：科氏流量计流体仿真相位差估计机器学习质量流量估计

科氏流量计相位差估计的ap-Hilbert法

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仪器仪表学报 2019年第1期40卷 35-42页

作者：杨辉跃涂亚庆毛育文陆军勤务学院重庆401311

相位差估计是科氏流量计精确计量的基础,现有方法计算量较大,估计精度受频谱泄漏影响,且需要预知信号频率,难以满足复杂流量环境的测量需求。为此,提出一种科氏流量计相位差估计的ap-Hilbert法,首先对2路传感器信号进行全相位预处理,即... 详细信息

相位差估计是科氏流量计精确计量的基础,现有方法计算量较大,估计精度受频谱泄漏影响,且需要预知信号频率,难以满足复杂流量环境的测量需求。为此,提出一种科氏流量计相位差估计的ap-Hilbert法,首先对2路传感器信号进行全相位预处理,即对采样信号循环分段后移位对齐相加得到全相位序列,以消除频谱泄漏导致的端点效应;然后,对全相位序列进行Hilbert变换获得其解析信号,分别提取2路解析信号的实信号和虚信号部分;再通过三角变换,利用三角函数和差公式即可求出相位差。实验结果表明,所提方法克服了Hilbert变换的端点效应,与现有方法相比较,较大提高了相位差估计精度。

关键词：科氏流量计相位差估计希尔伯特变换端点效应

基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法

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仪器仪表学报 2017年第12期38卷 2908-2914页

作者：沈廷鳌李明李华南张起欣陆军勤务学院重庆401311

科氏流量计相位差估计方法存在计算量较大、计算复杂、实时性和计算精度较差等问题,已不能满足复杂环境高精度流量测量领域的需求。为此,提出一种基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法。首先,采用快速傅里叶变换(FFT)对传... 详细信息

科氏流量计相位差估计方法存在计算量较大、计算复杂、实时性和计算精度较差等问题,已不能满足复杂环境高精度流量测量领域的需求。为此,提出一种基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法。首先,采用快速傅里叶变换(FFT)对传感器信号进行频率预估计,对信号是否整周期进行判断,对非整周期的信号进行数据延拓处理;然后,对任一路传感器信号进行自相关运算得到一路同频参考信号;对3路同频信号进行Hilbert变换,将3路变换后的信号与变换前信号进行相关运算,再利用三角函数公式即可求出相位差。与原有方法相比,所提方法克服了非整周期采样的影响,实时性、动态性更强,相位差估计精度更高,仿真分析与实测结果均证实了所提方法的有效性和优越性。

关键词：相位差估计相关法 Hilbert变换非整周期采样科氏流量计

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非整周期采样信号相位差估计的相频匹配方法

振动与冲击 2017年第6期36卷 7-10,37页

作者：涂亚庆沈艳林沈廷鳌陈宝欣后勤工程学院信息工程系重庆401311 武警后勤学院军交运输系天津300000

为提高信号非整周期采样条件下相位差的估计精度,改善方法的抗噪性能,提出一种非整周期采样信号相位差估计的相频匹配方法。该方法通过两路正弦信号的分段Hilbert变换、互相关、自相关、相位加权平均等技术获得两路信号的相位差。理论... 详细信息

为提高信号非整周期采样条件下相位差的估计精度,改善方法的抗噪性能,提出一种非整周期采样信号相位差估计的相频匹配方法。该方法通过两路正弦信号的分段Hilbert变换、互相关、自相关、相位加权平均等技术获得两路信号的相位差。理论分析表明,分段Hilbert变换有效抑制了正弦信号非整周期采样对Hilbert变换的影响。仿真实验结果表明,与互相关法、Hilbert变换法、数据延拓式相关法相比,该方法改善了非整周期采样信号的相位差估计方法的抗噪性能,提高了相位差的估计精度,其相位差估计误差更接近克拉美罗下限。科氏流量计流量检测实验证实了该方法的有效性。

关键词：相位差估计相频匹配非整周期采样分段ffilbert变换

非半周期采样信号相位差估计的相位校正相关法

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工程科学与技术 2017年第4期49卷 145-150页

作者：沈艳林周利坤李明肖玮武警后勤学院军交运输系天津300309 后勤工程学院信息工程系重庆401311

针对非半周期采样信号的相位差估计问题,提出一种非半周期采样信号相位差估计的相位校正相关法。首先,利用频率估计的相位匹配方法对采样信号进行频率估计,得到采样信号的频率估计值;其次,对采样信号进行互相关,得到互相关信号,并通过... 详细信息

针对非半周期采样信号的相位差估计问题,提出一种非半周期采样信号相位差估计的相位校正相关法。首先,利用频率估计的相位匹配方法对采样信号进行频率估计,得到采样信号的频率估计值;其次,对采样信号进行互相关,得到互相关信号,并通过采样信号的信号时移和互相关构造一路新的互相关信号,使两路互相关信号具有相同的误差项;然后,利用两路互相关信号得到相位校正互相关信号;最后,利用相位校正互相关信号和频率估计值获得采样信号的相位差估计值。理论分析表明,该方法消除了采样信号非半周期采样对相位差估计的影响,无需预知信号幅值即可实现采样信号相位差的无偏估计。为验证所提方法的有效性和优越性,在不同相位差、信噪比和信号长度条件下对本文方法进行了仿真实验,并利用科氏流量计进行了应用实验。仿真实验结果表明,本文方法有效提高了非半周期采样信号的相位差估计精度,其相位差估计精度优于互相关方法、数据延拓式相关方法和正交时延估计方法的相位差估计精度,更接近克拉美罗下限。科氏流量计流量测量实验验证了本文方法在实际应用中的有效性。

关键词：相位差估计相位校正非半周期采样信号频率估计

频率失配条件的自适应相位差无偏估计方法及性能分析

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电子学报 2019年第9期47卷 1905-1912页

作者：李明沈廷鳌毛育文后勤工程学院后勤信息与军事物流工程系

针对频率失配条件下受噪声影响导致相位差估计精度不高的问题,提出一种频率失配的自适应相位差无偏估计方法,提升相位差估计的精确性和抗噪性.为此,首先通过对两路正弦信号的展开式参数进行自适应估计,利用展开式参数估计值实时计算两... 详细信息

针对频率失配条件下受噪声影响导致相位差估计精度不高的问题,提出一种频率失配的自适应相位差无偏估计方法,提升相位差估计的精确性和抗噪性.为此,首先通过对两路正弦信号的展开式参数进行自适应估计,利用展开式参数估计值实时计算两路正弦信号的相位差;其次,利用泰勒级数展开式对相位差估计方法进行了估计偏差分析,证明了频率失配条件下所提相位差估计方法的无偏性,并给出了相位差估计方法的稳态性能;最后,给出了不同方法的相位差估计结果,并讨论了各参数对相位差估计的影响,计算结果表明所提方法的有效性与正确性.

关键词：相位差估计频率失配无偏性性能分析

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基于DFT的相位差估计精度与改进方法

传感技术学报 2015年第1期28卷 93-98页

作者：杨辉跃涂亚庆张海涛后勤工程学院信息工程系重庆401311

相位差是传感器信号处理中重要的检测参数。针对相位差高精度估计要求,在阐述DFT相位差估计原理基础上,分析了影响估计精度的主要因素,推导出估计方差与信噪比、采样长度、频率偏差及对称窗型窗长的具体关系,并给出了满足精度要求的信... 详细信息

相位差是传感器信号处理中重要的检测参数。针对相位差高精度估计要求,在阐述DFT相位差估计原理基础上,分析了影响估计精度的主要因素,推导出估计方差与信噪比、采样长度、频率偏差及对称窗型窗长的具体关系,并给出了满足精度要求的信噪比、采样长度和和频率偏差条件。提出一种校正谱泄漏的相位差估计方法,先通过比值法计算出频率偏差,然后考虑负频率泄漏影响进行相位差估计,校正了短程和长程两类谱泄漏影响,给出了加矩形窗或Hanning窗的估计式和方法步骤。实验结果验证了估计精度分析及本文方法性能,科氏流量计应用实验表明了方法的工程可行性和实用价值。

关键词：离散傅里叶变换相位差估计频谱泄漏负频率

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基于相干小波变换的信号相位差估计

计算机工程与应用 2015年第6期51卷 212-216页

作者：王彩峰张小凤张光斌汪艳孙秀娜陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声学重点实验室西安710062

精确地估计两列信号间的传输延迟在工程上有着重要的意义。傅里叶变换方法很难区分或识别信号的瞬时变化,而小波变换方法是一种时间窗和频率窗都可改变的时频局部化的分析方法,在非平稳信号的分析方面具有明显的优势。给出应用Morlet小... 详细信息

精确地估计两列信号间的传输延迟在工程上有着重要的意义。傅里叶变换方法很难区分或识别信号的瞬时变化,而小波变换方法是一种时间窗和频率窗都可改变的时频局部化的分析方法,在非平稳信号的分析方面具有明显的优势。给出应用Morlet小波变换的相干性实现两信号相位差估计的算法,在不同信噪比条件下,对算法的估计性能进行了仿真研究。仿真研究结果表明,在低信噪比的条件下,基于小波变换的相位差估计方法可以实现信号相位差的精确估计。通过与基于离散时间傅里叶变换方法的比较,验证了小波变换方法在估计信号相位差方面的优越性。该方法还可用于对非平稳信号相位差的估计。

关键词：小波变换 Morlet小波小波相干相位差估计

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分时复用三轴陀螺相位差估计算法研究

计算机仿真 2010年第11期27卷 48-52页

作者：杨艳明伊小素张晨北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院

动态条件下分时复用三轴光纤陀螺相位差导致工作轴精度降低,目前尚无较好的解决办法。由分时复用陀螺模型参数推导出系统输入输出的差分方程,进行幅频和相频仿真,得到相位差幅值大小直接影响系统的精度。为此首次提出了基于数据趋势估计... 详细信息

动态条件下分时复用三轴光纤陀螺相位差导致工作轴精度降低,目前尚无较好的解决办法。由分时复用陀螺模型参数推导出系统输入输出的差分方程,进行幅频和相频仿真,得到相位差幅值大小直接影响系统的精度。为此首次提出了基于数据趋势估计的m点迭代相位差估计算法,重点分析了基于数据趋势的估计算法普遍存在的锁死机理,提出了基于调整跳转系数和引入遗忘因子的解决办法,并加入判断准则以抵抗异常值的影响。讨论了算法的收敛速度及其在实际中应用的问题。通过仿真实验验证了算法的可行性和正确性。从实验数据中可以反映出在动态条件下,该算法可以使得分时复用陀螺单轴精度提高1.3倍以上。

关键词：相位差估计锁死分时复用光纤陀螺