一種基于自相關(guān)算法的膜式燃?xì)獗砜焖贆z定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于自相關(guān)算法的膜式燃?xì)獗砜焖贆z定方法，該方法具體為：在一段時間內(nèi)等間隔采樣差壓信號并將所得信號數(shù)值做自相關(guān)分析，可以獲得被檢表的回轉(zhuǎn)周期值從而計算得到回轉(zhuǎn)體積。小流量點檢定時，按照大或中流量點檢定時所得被檢膜表的回轉(zhuǎn)體積值作為檢定的標(biāo)準(zhǔn)通氣量，通過2～3個回轉(zhuǎn)體積氣體時停止檢定，由標(biāo)準(zhǔn)表值與被檢膜表的計算通氣量得到示值誤差。本發(fā)明在保證測量準(zhǔn)確度的同時大幅縮短了檢定時間，提高了膜式燃?xì)獗頇z定的效率。
【專利說明】
一種基于自相關(guān)算法的膜式燃?xì)獗砜焖贆z定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及膜式燃?xì)獗硎局嫡`差檢定技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種通過自相關(guān)算法 獲得膜式燃?xì)獗砘剞D(zhuǎn)體積以提高其誤差檢定速度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 膜式燃?xì)獗聿粌H是生產(chǎn)發(fā)展、貿(mào)易結(jié)算的計量器具，并且作為一種節(jié)約能源、提高 經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具，需要積極響應(yīng)國家"低碳生活、節(jié)能降耗"號召。因此，不 論在大中企業(yè)還是家庭用戶，膜式燃?xì)獗矶及缪萘酥匾慕巧Ｄな饺細(xì)獗砣找嬖鲩L的市 場需求，也對不斷完善我國膜式燃?xì)獗頇z定裝置和檢定方法，大力推動我國城市燃?xì)獾陌l(fā) 展提出了更高的要求。
[0003] 燃?xì)獗頇z定的傳統(tǒng)方法主要有：鐘罩法、濕式表法、活塞法和音速噴嘴法等等。但 這些方法都有一個普遍的缺點就是在進(jìn)行小流量點檢定時用時很長。為了提高膜式燃?xì)獗?的檢定效率，可通過差壓法即通過檢測燃?xì)獗砟ず袃?nèi)部往返運動件的運動情況帶動的燃?xì)?表進(jìn)、出氣口的壓差來獲得當(dāng)量回轉(zhuǎn)體積。小流量點檢定時，按照大或中流量點檢定時所得 被檢膜表的回轉(zhuǎn)體積值作為檢定的標(biāo)準(zhǔn)通氣量，通過2~3個回轉(zhuǎn)體積氣體時停止檢定，由 標(biāo)準(zhǔn)表值與被檢膜表的計算通氣量得到示值誤差。
[0004] 目前獲得膜式燃?xì)獗砘剞D(zhuǎn)體積的方法十分有限，由于差壓信號與膜式燃?xì)獗淼幕?轉(zhuǎn)運動具有很好的相關(guān)性，并且在現(xiàn)有的音速噴嘴標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置進(jìn)、出氣口已具有差壓傳 感器，可直接讀取后再采用自相關(guān)分析的方法得出的差壓信號的周期代表燃?xì)獗淼幕剞D(zhuǎn)周 期。本文提出一種通過自相關(guān)算法獲得膜式燃?xì)獗淼幕剞D(zhuǎn)體積從而提高小流量點檢定速度 的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于自相關(guān)算法的膜式 燃?xì)獗砜焖贆z定方法。
[0006] 相關(guān)分析是一種常用的語音時域波形分析方法，它由相關(guān)函數(shù)來定義。相關(guān)函數(shù) 可用來測定信號間的時域相似性。如果兩個信號完全不同，相關(guān)函數(shù)接近于零;如果兩個信 號波形相同，就會在超前、滯后處出現(xiàn)峰值。自相關(guān)函數(shù)可用于研究信號本身，如波形的同 步性、周期性等等。
[0007] 對于能量信號x(n)和y(n)的互相關(guān)函數(shù)定義為：
，其 中m，n都是離散值，表示m，n時刻。rxy(m)在m時刻的值，等于將x(n)保持不動而y(n)右移m個 抽樣周期，然后，兩個抽樣序列在所有對應(yīng)時刻值相乘，再加和。如果y(n) = x(n)，則上面定 義的互相關(guān)函數(shù)變成了自相關(guān)函數(shù)：
3互相關(guān)函數(shù)表示信號y (η)延時m后的波形和信號x(n)波形的相似程度。而自相關(guān)函數(shù)表示信號x(n)的波形與自身 經(jīng)過m時刻后的波形x(n+m)的相似程度。
[0008]
，即rxx(0)等于信號x(n)自身的能量。根據(jù) 功率信號的特點，rxx(〇)將趨于無窮大。因此，對于功率信號的自相關(guān)函數(shù)被定義為：
。如果x(n)是周期信號(周期信號是功率信號），其周期為T，
對于x(n)的自相關(guān)函數(shù)， 因此，周期信號的自相關(guān)函數(shù)也是周期的，且周期與原信號同周期。
[0009]由于差壓信號與膜式燃?xì)獗淼幕剞D(zhuǎn)運動具有很好的相關(guān)性，可以用自相關(guān)分析的 方法得出的差壓信號的周期代表燃?xì)獗淼幕剞D(zhuǎn)周期，從而計算出回轉(zhuǎn)體積應(yīng)用于膜式燃?xì)?表誤差的快速檢定方法中。其具體步驟如下：
[0010] 1、用一個差壓傳感器測得膜式燃?xì)獗磉M(jìn)氣口和出氣口的差壓信號，這個壓力差可 以推動膜式燃?xì)獗淼哪て谟嬃渴覂?nèi)運動，并且?guī)优錃鈾C(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)配氣，使得膜片的 運動能夠連續(xù)往復(fù)的進(jìn)行。
[0011] 2、對步驟1獲得的差壓信號進(jìn)行信號調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換使其通過一個差分放大電路 再通過一個程控放大電路以達(dá)到信號調(diào)理的目的，再使其通過一個A/D模塊以完成差壓信 號到電壓信號的轉(zhuǎn)換。
[0012] 3、外接數(shù)據(jù)采集處理模塊，首先對步驟2所得到的電壓信號進(jìn)行采樣，得到離散采 樣值x(n)(為了保證信號分析正確必須滿足采樣定理規(guī)定的采樣周期）。
[0013] 4、對步驟3得到的電壓信號x(n)進(jìn)行自相關(guān)分析處理。自相關(guān)函數(shù)計算公式為：
，可得到信號x(n)的波形與自身經(jīng)過m時刻后的波形x(n+m)的 相似程度，經(jīng)過仿真可以得出rxx(m)圖形呈現(xiàn)出周期性，且在m = 0、T、2T，出現(xiàn)峰值，從而得 出隱含在x(n)中的周期信號T。
[0014] 5、通過步驟4中得到的回轉(zhuǎn)周期T計算得到回轉(zhuǎn)體積并進(jìn)行膜式燃?xì)獗碚`差快速 檢定:流量點檢定時，按照大或中流量點檢定時所得被檢膜表的回轉(zhuǎn)體積值作為檢定的標(biāo) 準(zhǔn)通氣量，通過2~3個回轉(zhuǎn)體積氣體時停止檢定，由標(biāo)準(zhǔn)表值與被檢膜表的計算通氣量得 到示值誤差。
[0015] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0016] 由上述原理，通過外接數(shù)據(jù)采集處理模塊，在一段時間內(nèi)等間隔采樣差壓信號并 將所得信號數(shù)值做自相關(guān)分析，可以獲得被檢表的回轉(zhuǎn)周期值從而計算得到回轉(zhuǎn)體積。小 流量點檢定時，按照大或中流量點檢定時所得被檢膜表的回轉(zhuǎn)體積值作為檢定的標(biāo)準(zhǔn)通氣 量，通過2~3個回轉(zhuǎn)體積氣體時停止檢定，由標(biāo)準(zhǔn)表值與被檢膜表的計算通氣量得到示值 誤差。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:在現(xiàn)有基于音速噴嘴的膜式燃?xì)獗硎局?誤差檢定裝置的基礎(chǔ)上，通過自相關(guān)算法可有效獲得膜式燃?xì)獗淼漠?dāng)量回轉(zhuǎn)體積，將小流 量點檢定體積由原來的最小讀數(shù)盤轉(zhuǎn)一圈（家用表通常為l〇dm 3)減小到一個回轉(zhuǎn)體積(家 用表通常為0.9-1.2dm3)，在保證測量準(zhǔn)確度的同時大幅縮短了檢定時間，提高了膜式燃 氣表檢定的效率。相關(guān)函數(shù)數(shù)學(xué)公式簡單，即使使用低端單片機(jī)也可以實現(xiàn)函數(shù)算法，這為 降低系統(tǒng)成本提供了有利的條件。
【附圖說明】
[0018] 圖1為:大流量點差壓傳感器輸出圖；
[0019] 圖2為:對差壓信號x(n)做自相關(guān)分析圖。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明提供了一種膜式燃?xì)獗硎局嫡`差檢定方法。下面結(jié)合附圖以及實施例對本 發(fā)明進(jìn)一步說明。實施例為本發(fā)明舉例，并非對該發(fā)明限定。
[0021] 膜式燃?xì)獗淼幕剞D(zhuǎn)體積是膜式燃?xì)獗碛嬃康淖罨締挝?。想要縮短膜式燃?xì)獗碜?小流量點檢定時間，可以通過減小最小流量點的通氣量來實現(xiàn)，即把該點的檢定通氣量設(shè) 置為當(dāng)量回轉(zhuǎn)體積。
[0022] 采用雙計時法來獲得燃?xì)獗淼幕剞D(zhuǎn)體積:用一個光電傳感器檢測膜式燃?xì)獗肀眍^ 讀取數(shù)字輪信號，再用一個差壓傳感器測得進(jìn)氣口和出氣口的差壓，這個壓力差可以推動 膜式燃?xì)獗淼哪て谟嬃渴覂?nèi)運動，并且?guī)优錃鈾C(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)配氣，使得膜片的運動能 夠連續(xù)往復(fù)的進(jìn)行。
[0023] 檢定時將光電傳感器固定在燃?xì)獗砬?，可以檢測被檢表上最小讀數(shù)盤上的反光標(biāo) 識。所以當(dāng)燃?xì)獗肀眍^的計數(shù)字輪每轉(zhuǎn)到標(biāo)識處一次時，光電傳感器就會輸出一個脈沖(對 于家用膜式燃?xì)獗硗ǔ?yīng)為l〇dm 3)。采集現(xiàn)有的音速噴嘴檢定裝置的進(jìn)氣、出氣口的差 壓傳感器輸出的壓力差信號，大流量點時差壓傳感器輸出信號對應(yīng)的電壓如圖1所示。經(jīng)過 理論分析與實際測試均表明差壓信號與膜式燃?xì)獗淼幕剞D(zhuǎn)運動具有很好的相關(guān)性，可以用 自相關(guān)性分析的方法得出的差壓信號的周期代表燃?xì)獗淼幕剞D(zhuǎn)周期。
[0024] 首先將獲得的差壓信號進(jìn)行信號調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換，即先通過差分放大電路，再通過 程控放大電路，采用數(shù)字可編程增益儀器放大器，可直接通過GPI0 口根據(jù)信號峰值控制放 大倍數(shù)。再使其通過AD模塊與處理器通過并行接口方式連接。將A/D模塊BUSY引腳接到 STM32的外部中斷引腳并配置為下降沿觸發(fā)，這樣就可以在轉(zhuǎn)換完后及時讀取數(shù)據(jù)。
[0025] 根據(jù)周期信號的自相關(guān)函數(shù)也是周期的，且周期與原信號同周期原理，通過外接 數(shù)據(jù)采集處理模塊，首先對上述經(jīng)過信號調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換過的信號采樣，得到離散采樣值X U)(為了保證信號分析正確必須滿足采樣定理規(guī)定的采樣周期）。然后對x(n)求自相關(guān)函 數(shù)，如圖2所示，可以得出r xx(m)圖形呈現(xiàn)出周期性，且在m = 0，T，2T，出現(xiàn)峰值，從而揭示出 隱含在x(n)中的周期信號。通過計算得到回轉(zhuǎn)體積。
[0026] 大、中流量點進(jìn)行檢定時，工控機(jī)控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由噴嘴滯止溫 度、壓力得到質(zhì)量流量，再由環(huán)境溫度、大氣壓力、流量計處溫度壓力算出氣體在流量計處 密度，從而得到氣體在流量計處的實際體積流量，即標(biāo)準(zhǔn)體積流量，然后和流量計測得的流 量進(jìn)行對比，根據(jù)檢定規(guī)則得出檢定結(jié)果，同時計算并保存被檢表的回轉(zhuǎn)體積值;小流量點 檢定時，按照大或中流量點檢定時所得被檢膜表的回轉(zhuǎn)體積值作為檢定的標(biāo)準(zhǔn)通氣量，通 過2~3個回轉(zhuǎn)體積氣體時停止檢定，由標(biāo)準(zhǔn)表值與被檢膜表的計算通氣量得到示值誤差并 做合格判斷。
【主權(quán)項】
1. 一種基于自相關(guān)算法的膜式燃?xì)獗砜焖贆z定方法，其特征在于：該方法具體包括W 下步驟： 步驟一：用一個差壓傳感器測得膜式燃?xì)獗磉M(jìn)氣口和出氣口的差壓信號，運個壓力差 可W推動膜式燃?xì)獗淼哪て谟嬃渴覂?nèi)運動，并且?guī)优錃鈾C(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)配氣，使得膜片 的運動能夠連續(xù)往復(fù)的進(jìn)行； 步驟二:對步驟一獲得的差壓信號進(jìn)行信號調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換使其通過一個差分放大電 路再通過一個程控放大電路W達(dá)到信號調(diào)理的目的，再使其通過一個A/D模塊W完成差壓 信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換； 步驟Ξ:外接數(shù)據(jù)采集處理模塊，首先對步驟二所得到的電壓信號進(jìn)行采樣，得到離散 采樣值x(n); 步驟四：對步驟Ξ得到的電壓信號x(n)進(jìn)行自相關(guān)分析處理；自相關(guān)函數(shù)計算公式為：，可得到信號x(n)的波形與自身經(jīng)過m時刻后的波形x(n+m)的 相似程度，經(jīng)過仿真可W得出rxx(m)圖形呈現(xiàn)出周期性，且在m = 0、T、2T，出現(xiàn)峰值，從而得 出隱含在x(n)中的周期信號T; 步驟五:通過步驟四中得到的回轉(zhuǎn)周期T計算得到回轉(zhuǎn)體積并進(jìn)行膜式燃?xì)獗碚`差快 速檢定:流量點檢定時，按照大或中流量點檢定時所得被檢膜表的回轉(zhuǎn)體積值作為檢定的 標(biāo)準(zhǔn)通氣量，通過2~3個回轉(zhuǎn)體積氣體時停止檢定，由標(biāo)準(zhǔn)表值與被檢膜表的計算通氣量 得到示值誤差。
【文檔編號】G01F25/00GK106092274SQ201610363841
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】劉冰逸楠, 毛謙敏
【申請人】中國計量大學(xué)