روش و سیستم پردازش سیگنال با استفاده از پردازنده ی سیگنال های دیجیتالی برای جریان سنج جرمی کریلیسی

روش و سیستم پردازش سیگنال با استفاده از پردازنده ی سیگنال های دیجیتالی برای جریان سنج جرمی کریلیسی

خلاصه

برای پردازش سیگنال های جریان سنج جرمی کریلیسی،مجموعه ایی از روش های پردازش سیگنال های دیجیتالی متشکل از فیلتر میان گذر دیجیتالی،فیلتر شکافدار شبکه ایی سازگار و الگوریتم DTFT با در نظر گرفتن اثر فرکانس های منفی،استفاده می شود.فرستنده ی رادیویی جریان سنج جرمی کریلیسی با استفاده از چیپ پردازشگر دیجیتالی سیگنال، برای اطلاع از نزدیک شدن سیگنال،توسعه داده شده است.در اجرا و راه اندازی دستگاه چندین نکته و راهکار عملی موثر برای تضمین دقت بالا و بی وقفگی عملیات اندازه گیری،پیشنهاد گردیده است. برای تضمین اعتبار کارایی روش و سیستم مورد نظر، آزمون های سیگنال الکتریکی و کالیبره کردن با جریان آب به صورت شبیه سازی انجام داده شده است.

مقدمه

جریان سنج جرمی به طور گسترده در صنایع متعددی همانند صنایع محصولات غذایی و آشامیدنی و صنایع شیمیایی و وابسته به گاز و نفت،به دلیل قابلت اندازه گیری و بدست آوردن مستقیم و همزمان جرم شدت جریان و چگالی و غلظت سیال،استفاده می شود.برای شناسایی و بدست آوردن شدت جریان،اختلاف زمانی بین خروج سیگنال دو حسگر سرعت که در لوله های لرزاننده ی جریان نصب شده اند، اندازه گیری می شود و با استفاده از فرکانس لرزش، غلظت و چگالی سیال بدست می آید.روش سنتی و قدیمی پردازش آنالوگ به سادگی در معرض دخالت نویز است و در اندازه گیری شدت جریان های کوچک، دقت پایینی دارد. در طی دهه ی اخیر روش های پردازش دیجیتال سیگنال برای پردازش سیگنال های CMF (جریان سنج جرمی کریلیسی) توسعه و اجرا شده اند.این روش ها عمدتا دربردارنده ی تبدیل فوریه گسسته،حلقه بسته شده(قفل شده) فاز،عبور از صفر دیجیتال،خط تقویت کننده ی سازگار،گورتزل متحرک(لغزنده)،تبدیل فوریه زمان گسسته و غیره هستند.برای پردازش سیگنال های خروجی حسگر های CMF از روش DFT (تبدیل فوریه گسترده) استفاده می شود. Henry et al. دریافته بود که تکنیک هایی که بر اساس فوریه اند،بسیار دقیق هستند.این روش در برابر هارمونیک های (گره) بالاتر مقاومت خوبی از خود نشان می دهد. Freeman روش حلقه بسته ی فاز را برای پردازش سیگنال های CMF استفاده کرد.Xu نیز مطالعات خود را در این روش متمرکز کرد. Zheng et al. برای محاسبه ی فرکانس و اختلاف فاز سیگنال های CMF روش عبور از صفر دیجیتالی را بکار گرفت. Derby et al. روش ALE (خط تقویت دهنده سازگار) را برای پردازش سیگنال های CMF معرفی کرد.در ابتدا سیگنال ها فیلتر می شوند. سپس برای تقویت سیگنال ها، فرکانس آن ها توسط ALE محاسبه می گردد. اختلاف فاز دو سیگنال با استفاده از تبدیل فوریه و یا تبدیل گورتزل-فوریه بدست می آید. Xu و Ni et al. الگوریتم فوق را بهبود بخشیدند. برای دنبال کردن فرکانس سیگنال ها از فیلتر قیفی سازگار و یا فیلتر شبکه ایی شیاردار، به دلیل کارایی مناسب در دنبال کردن فرکانس ها و دقت و سرعت آنها، بکار گرفته شد. بر این اساس مدل سیگنالی که فرکانس، دامنه و فاز آن در الگویی با زمان متغیر قرار دارند، برای توصیف خروجی حسگر های سیگنال،پیشنهاد داده شد. اختلاف فاز با استفاده از الگوریتم گورتزل متحرک (لغزنده) محاسبه گردید. Tu از تبدیل فوریه زمان گسسته با در نظر گرفتن اثر فرکانس های منفی،برای بدست آوردن اختلاف فاز استفاده کرد. وی اختلاف فاز را با محاسبه ضرایب فوریه در فرکانس خاصی و غیر متأثر از مدت زمان نمونه گیری غیر صحیح، محاسبه نمود. نتایج شبیه سازی در سیگنال های یکنواخت کارایی بهتر DTFT را نسبت به SGA (الگوریتم گورتزل متحرک(لغزنده)) نشان داد.

در این مقاله برای محاسبه اختلاف فاز بین دو حسگر نصب شده روی لوله های جریان در جریان سنج جرمی کریلیسی، علاوه بر الگوریتم DTFT با در نظر گیری اثر فرکانس منفی،از فیلترهای میان گذر و شبکه ایی شکافدار سازگار،برای حذف نویز و محاسبه ی فرکانس حسگرهای سرعت،قبل فرایند اختلاف فاز،استفاده شده است.از این رو یک مجموعه ی متشکل از سه نوع الگوریتم برای پردازش کامل نزدیک شدن سیگنال در جریان سنج جرمی کریلیسی،شکل گرفت. علاوه بر این تعدادی راهکار عملی موثر برای تضمین دقت محاسبات و بی درنگی نزدیک شدن در نصب و اجرای سیستم مبتنی بر DSP پیشنهاد شد که این امر به دلیل نیاز به دقت بالای جریان سنج جرمی کریلیسی و اهمیت بالای آن است. در آخر نیز آزمون های سیگنال الکتریکی و کالیبرره کردن با جریان آبی،برای ارزیابی قابلیت جلوگیری از تداخل،پایداری مقیاس نقطه صفر،اندازه گیری دقت و نسبت بازگشت صورت گرفت.

A DSP-based signal processing method and system for CMF

لینک مقاله اصلی:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263224113000778