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科氏流量计在石油、化工、航天、电力、造纸、食品、制药等行业都得到广泛的运用。能实现直接测量、精度高以及能进行多参数的测量是其主要的优点。在过去的几十年里,模拟信号处理的方法常用在其信号处理中,随着数字信号处理技术的长足进步及其相对于模拟信号处理方法有电路简单、精度高和灵活性强等优点,正越来越多的被应用到科氏流量计的信号处理系统中。
本文介绍了科氏流量计的测量原理,在振动的系统中流体受科氏力作用,科氏力的大小与质量流量成正比。同时,流体所受科氏力会反作用在测量管使测量管产生扭转,测量管两端的振动相位差就反映了质量流量的大小,通过测量相位差可以计算出质量流量。
本文首先研究了科氏流量计的算法,详细推导出质量流量的计算模型。探讨了Goertzel算法、滑动窗口的离散时间傅立叶变换算法、DFT算法和相关算法,并对这几种算法进行了比较。选用了滑动窗口的离散时间傅立叶变换算法,并推导出其相位差计算模型。其次系统地阐述了科氏流量计软硬件系统的设计方案,借助DSP微处理器TMS320F2812对测量数据进行分析处理,实时跟踪信号频率变化并计算两路信号的相位差,并将测量结果进行显示和保存。文中给出了关键部分的电路设计及软件的实现流程。
本文开展了流量计算法研究,在此基础上完成了系统的硬件方案设计与相位差算法软件编程,进行了算法的仿真以及算法程序从C到DSP的移植,通过系统调试,验证了算法及系统方案的可行性。