專利名稱：用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量的自適應(yīng)線性增強(qiáng)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)量流率測(cè)量，具體地說，涉及數(shù)字信號(hào)處理自適應(yīng)濾波方法和裝置在科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中的應(yīng)用。問題采用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量流過一根導(dǎo)管的流質(zhì)的質(zhì)量流量和其它信息是已知的。這種流量計(jì)公開在授予J.E.Smith等人的美國(guó)專利US-4109524(1978年8月29日)、US-4491025(1985年1月1日)和Re.31450(1982年2月11日)中。這些流量計(jì)具有一根或多根直線或彎曲形狀的流管?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)中的每根流管結(jié)構(gòu)具有一組固有振動(dòng)模式，這些模式可能是簡(jiǎn)單的彎曲型、扭曲型或共軛型。每根流管在與一種固有振動(dòng)模式發(fā)生共振時(shí)受迫振蕩。從流量計(jì)入口側(cè)的一根連接導(dǎo)管流入流量計(jì)的物質(zhì)，流經(jīng)流管或管路，又從流量計(jì)的出口側(cè)流出。發(fā)生振動(dòng)的、其中充有流體的系統(tǒng)的固有振動(dòng)模式部分是由流管和流管內(nèi)的流質(zhì)的組合質(zhì)量所限定的。
當(dāng)沒有流體流過流量計(jì)時(shí)，由于所施加的驅(qū)動(dòng)力的作用，流管上的所有點(diǎn)都以相同的相位在一個(gè)中心點(diǎn)附近振蕩。當(dāng)有流體開始流入時(shí)，科里奧利加速作用使得流管的各個(gè)點(diǎn)具有不同的相位。入口側(cè)流管的相位滯后于驅(qū)動(dòng)器，而出口側(cè)流管的相位超前于驅(qū)動(dòng)器。在流管上設(shè)置有傳感器以產(chǎn)生表示流管運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的正弦波信號(hào)。兩個(gè)傳感器信號(hào)之間的相位差正比于流經(jīng)流管的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
在這種測(cè)量中存在的一個(gè)復(fù)雜問題是通常處理的物質(zhì)的密度是變化的。密度的變化導(dǎo)致固有振動(dòng)模式的變化。由于流量計(jì)的控制系統(tǒng)保持共振狀態(tài)，振蕩頻率隨著密度的變化而改變。在這種情況下質(zhì)量流率正比于相位差與振蕩頻率的比值。
在上述Smith的美國(guó)專利Re.31450公開了一種無需測(cè)量相位差和振蕩頻率的科里奧利流量計(jì)。相位差是通過測(cè)量流量計(jì)的兩個(gè)正弦波傳感器輸出信號(hào)的交叉點(diǎn)電位之間的時(shí)間延遲而確定的。在使用這種方法時(shí)，消除了振蕩頻率的變化，質(zhì)量流率正比于所測(cè)量的時(shí)間延遲。這種測(cè)量方法在以下敘述中稱之為時(shí)間延遲測(cè)量法或Δt測(cè)量法。
由于通常要求所得到的流率信息具有至少0.15％的讀數(shù)精度，所以利用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量必須具有高精確度。接收傳感器輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路精確地測(cè)量相位差，并且以所要求的至少0.15％讀數(shù)精確度產(chǎn)生所需的處理物質(zhì)的特性信息。
為了達(dá)到這些精確度，需要信號(hào)處理電路精確地測(cè)量它從流量計(jì)所接收的兩個(gè)信號(hào)的相位偏移。由于流量計(jì)的兩個(gè)輸出信號(hào)之間的相位偏移是處理電路用來求出物質(zhì)特性的信息，所以要求處理電路不產(chǎn)生任何可能掩蓋傳感器輸出信號(hào)所產(chǎn)生的相位偏移信息的相位偏移。實(shí)際上，要求這個(gè)處理電路具有相當(dāng)?shù)偷墓逃邢辔黄疲瑥亩姑總€(gè)輸入信號(hào)的相位偏移小于0.001°，而在某些情況下，小于百萬分之幾。如果所得到的有關(guān)處理物質(zhì)的信息必須具有小于0.15％的精確度，就要求具有這種量級(jí)的相位精確度。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率落入許多工業(yè)噪聲的頻率范圍。而且，傳感器輸出信號(hào)的幅值通常很小，并且在許多情況下，并不明顯大于噪聲信號(hào)的幅值。這就限制了流量計(jì)的靈敏度，使得有用信息的獲取十分困難。
沒有多少設(shè)計(jì)者能夠做到將流量計(jì)輸出信號(hào)頻率移出噪聲頻帶或者提高輸出信號(hào)的幅值。實(shí)用的科里奧利傳感器和流量計(jì)設(shè)計(jì)要求兼顧兩者，這就使得輸出信號(hào)的產(chǎn)生達(dá)不到最佳信噪比和動(dòng)態(tài)范圍。這種局限決定了流量計(jì)的特性和技術(shù)指標(biāo)，包括都可以從流量計(jì)的輸出信號(hào)中可靠得出的最小和最大流率。
可以在給定驅(qū)動(dòng)頻率下測(cè)得的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的兩個(gè)輸出信號(hào)之間的最小時(shí)間延遲的大小受到各種因素的限制，這些因素包括信噪比、相關(guān)電路和硬件的復(fù)雜程度、以及控制成本和相關(guān)電路和硬件的復(fù)雜程度的經(jīng)濟(jì)方面的考慮。而且，為了使一種流量計(jì)在價(jià)格上具有吸引力，時(shí)間延遲測(cè)量的下限必須盡可能低。為了使用于測(cè)量具有低密度和低質(zhì)量的物質(zhì)，例如氣體的流量特性的流量計(jì)具有高靈敏度，接收兩個(gè)輸出信號(hào)的處理電路必須能夠可靠地測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的時(shí)間延遲。
現(xiàn)有技術(shù)的模擬電路設(shè)計(jì)本身在科里奧利流量計(jì)的所有可能工作狀態(tài)下進(jìn)行時(shí)間延遲測(cè)量可能達(dá)到的精確程度存在一定限制。這些限制是由于半導(dǎo)體器件的缺陷和由其它電路元件產(chǎn)生的噪聲造成的在任何電子設(shè)備中存在的固有噪聲而形成的。這些限制還由于環(huán)境噪聲所形成，它們同樣對(duì)測(cè)量的精確度產(chǎn)生限制，通過諸如屏蔽、保護(hù)、接地等技術(shù)可以將其影響降低到一定程度。其它的限制就是傳感器輸出信號(hào)本身的信噪比。
良好的模擬電路設(shè)計(jì)可以在一定程度上克服有關(guān)電子設(shè)備噪聲以及環(huán)境噪聲的問題。然而，如果不使用模擬濾波器是無法實(shí)現(xiàn)改善輸出信號(hào)的信噪比的。但是，模擬濾波器會(huì)改變被處理的信號(hào)的幅值和相位。這是不希望產(chǎn)生的結(jié)果，因?yàn)閮蓚€(gè)信號(hào)之間的時(shí)間延遲是用于求出處理流體特性的基礎(chǔ)信息。使用具有未知或變化幅值和/或相位特性的濾波器會(huì)不適當(dāng)?shù)馗淖儍蓚€(gè)傳感器輸出信號(hào)之間的相位差，并且妨礙得到有關(guān)流體的精確信息。
流量計(jì)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常是由傳感器輸出信號(hào)之一在其經(jīng)過調(diào)整、相位偏移之后得出的，并用于產(chǎn)生流量計(jì)驅(qū)動(dòng)線圈的正弦波驅(qū)動(dòng)電壓。這種方式的缺點(diǎn)是傳感器信號(hào)中的諧振和噪聲分量被放大并施加在驅(qū)動(dòng)線圈上使流管在它們的振動(dòng)頻率下發(fā)生振動(dòng)。但是，非正常的機(jī)械振動(dòng)和電子干擾也會(huì)產(chǎn)生不利的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些電子干擾反饋到流量計(jì)電路中并在一個(gè)閉合環(huán)路中得到增強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生相當(dāng)高幅值的自維持?jǐn)_動(dòng)信號(hào)，從而進(jìn)一步降低了時(shí)間延遲測(cè)量的精確度和準(zhǔn)確度。
有許多眾所周知的方法和電路設(shè)計(jì)試圖解決上述問題。一種成功地解決了上述問題的這種技術(shù)公開在授予M.Zolock的美國(guó)專利US-5231884和授予Bruck的美國(guó)專利US-5228327中。這些專利記載了科里奧利流量計(jì)信號(hào)處理電路，這種電路采用三個(gè)相同的具有高精度積分器的信道作為濾波器。這些信道中的第一個(gè)永久地與一個(gè)傳感器信號(hào)相連，比如說，左邊的一個(gè)。另外兩個(gè)信道(第二個(gè)和第三個(gè))交替地，在一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)，與右邊的傳感器信號(hào)相連。當(dāng)這些信道其中之一，比如說第二個(gè)信號(hào)，與右邊的傳感器信號(hào)相連，第三信道與第一信道一起與左邊的傳感器信號(hào)相連。通過比較兩個(gè)同與左邊信號(hào)相連的信道輸出之間的時(shí)間差測(cè)量第一和第三信道之間的固有相位延遲。一旦確定了這一延遲特性，與右邊的傳感器信號(hào)相連的第三和第二信道的任務(wù)就轉(zhuǎn)換了。在這種新的結(jié)構(gòu)中，在經(jīng)過標(biāo)定的第三信道與右邊的傳感器信號(hào)相連的同時(shí)，第二信道對(duì)其延遲特性進(jìn)行標(biāo)定。第二和第三信道的任務(wù)由一個(gè)控制電路大約每隔一分鐘交替轉(zhuǎn)換一次。在這一分鐘的間隔里(大約30到60秒)，老化、溫度和其它效應(yīng)對(duì)于濾波器的相位偏移不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，因而它們的相位關(guān)系是已知的，并予以確定的考慮。
Zolock所用的經(jīng)過精確標(biāo)定的積分器使信噪比在積分器的幅值傳輸函數(shù)中的改善量達(dá)到大約6分貝/倍頻程。不過，6分貝/倍頻程的改善量在科里奧利流量計(jì)的許多工作狀態(tài)下(例如輕物質(zhì)或過度嘈雜的環(huán)境)是不夠的。其原因是單極濾波器，例如Zolock積分器，具有相當(dāng)寬的帶寬。結(jié)果，無法將由非正常流管振動(dòng)模式、嘈雜環(huán)境、流體噪聲、電磁或無線電頻率干擾和擾動(dòng)產(chǎn)生的噪聲信號(hào)消除到滿足流量計(jì)高靈敏度所需精度的程度。根據(jù)噪聲頻率的不同，它們的幅值會(huì)有一定程度的減少，但是當(dāng)測(cè)量低質(zhì)量物質(zhì)，例如氣體時(shí)，這些噪聲仍然會(huì)對(duì)延遲時(shí)間的精確測(cè)量產(chǎn)生干擾。
Zolock和Bruck系統(tǒng)還存在另一種誤差源。積分器時(shí)間延遲測(cè)量是在正弦波傳感器信號(hào)中精確定位的三個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行的。只有當(dāng)兩個(gè)傳感器信號(hào)的波形相同，并且相對(duì)于峰值是對(duì)稱的時(shí)候，這兩個(gè)傳感器信號(hào)才是理想的。但是，如果產(chǎn)生傳感器信號(hào)的兩個(gè)磁路(傳感器)不是一樣的，則所得到的非理想波形包含不同量的諧振，這些諧振分量很可能具有無法確定的相位狀態(tài)，這會(huì)改變它們的波形，并且可能改變它們的對(duì)稱特性。這種改變的后果是，在正常工作狀態(tài)下，當(dāng)用一個(gè)波形標(biāo)定一個(gè)Zolock積分器并使用該積分器測(cè)量另一個(gè)波形時(shí)，由于它的諧振分量和該諧振分量的不確定性以及變化的相位的影響，兩個(gè)波形之間的差別可能會(huì)產(chǎn)生不確定的和未知量的誤差。
其它模擬電路設(shè)計(jì)也遇到了諸如復(fù)雜性、抗干擾能力不足、或消除諧振能力不足的類似問題。
有一些目前可以采用的技術(shù)，例如數(shù)字信號(hào)處理(下文中稱之為DSP)和相關(guān)的數(shù)字濾波技術(shù)，能夠用于克服上述問題，同時(shí)改善被處理的信號(hào)的信噪比。但是，這些改變比常規(guī)的模擬電路設(shè)計(jì)更復(fù)雜、更昂貴。此外，這些現(xiàn)有的DSP與常規(guī)的模擬電路設(shè)計(jì)相比對(duì)于抗噪聲和消除諧振性能方面只有一般的改善。1990年6月19日授予Romano的美國(guó)專利US-4934196中提出了一種用于計(jì)算相位差，Δt，和校正的質(zhì)量流率的DSP設(shè)計(jì)。Romano的設(shè)計(jì)改變了A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率以試圖使在振動(dòng)的流管的每個(gè)振動(dòng)周期中采樣的次數(shù)保持為一個(gè)整數(shù)。這種對(duì)可變采樣頻率的要求使得Romano的DSP設(shè)計(jì)復(fù)雜化。雖然這種DSP設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)中各種模擬電路設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上是十分不同的，但是，已經(jīng)證明，由于這種設(shè)計(jì)只能在基頻的整數(shù)倍對(duì)于濾波效果產(chǎn)生明顯的改善，所以它與模擬電路設(shè)計(jì)相比在測(cè)量精度方面的改善效果一般。然而，許多信號(hào)分量產(chǎn)生于流管的機(jī)械振動(dòng)模式，這些流管的共振頻率不是基頻的整數(shù)倍，因而這些信號(hào)分量無法被現(xiàn)有的DSP設(shè)計(jì)完全消除。
現(xiàn)有技術(shù)中的方法(模擬的或者現(xiàn)有的DSP)都無法有效地消除非諧振或?qū)拵г肼?。根?jù)上述討論，可以看到，需要有一種利用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量質(zhì)量流量的改進(jìn)方法和裝置。
發(fā)明方案本發(fā)明通過應(yīng)用數(shù)字濾波和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)方法和裝置提高了采用科立奧里質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行質(zhì)量流量測(cè)量的準(zhǔn)確度，從而解決了上面所指出的問題，并且在本領(lǐng)域的技術(shù)方面取得了進(jìn)步。本發(fā)明包括一種DSP設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)包括自適應(yīng)陷波濾波器以提高在質(zhì)量流率計(jì)算中采用的頻率和相位測(cè)量結(jié)果的精確度。自適應(yīng)陷波濾波器在本發(fā)明中的應(yīng)用是通常提到的自適應(yīng)線性增強(qiáng)(ALE)技術(shù)的一種應(yīng)用方式。
在本發(fā)明中，各個(gè)振動(dòng)流管傳感器產(chǎn)生的信號(hào)由一個(gè)數(shù)字自適應(yīng)陷波濾波器采樣，數(shù)字化，然后進(jìn)行處理，該陷波濾波器使在基頻周圍的一個(gè)窄頻帶以外的所有噪聲通過。然后從原始的數(shù)字化信號(hào)中提取經(jīng)過濾波的數(shù)字化信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)增強(qiáng)的信號(hào)，該信號(hào)表示在基頻下消除了所有噪聲信號(hào)的傳感器輸出信號(hào)波形。這種方法和裝置消除了諧振以及非諧振噪聲信號(hào)。起初該陷波濾波器的“陷波”寬度較寬，但是隨著它收斂到基頻上，陷波寬度會(huì)隨著時(shí)間變窄。自適應(yīng)算法迅速地適應(yīng)自適應(yīng)濾波器的陷波頻率以跟蹤振動(dòng)流管的基頻隨時(shí)間的變化。
本發(fā)明的DSP設(shè)計(jì)與Romano的可變頻率設(shè)計(jì)不同，采用一種固定采樣頻率。這種固定采樣頻率方法可以將自適應(yīng)陷波濾波器迅速收斂在振動(dòng)流管的基頻上，并且簡(jiǎn)化了整個(gè)電路設(shè)計(jì)。采用固定的采樣速率就無需象Romano設(shè)計(jì)中那樣需要提供輔助電路以改變采樣速率。本發(fā)明的設(shè)計(jì)通過計(jì)算調(diào)整以補(bǔ)償振動(dòng)流管的固定采樣頻率與可變基頻之間的光譜漏泄。盡管這樣增加了計(jì)算的復(fù)雜性，本發(fā)明仍然比現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)計(jì)例如Romano的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，并且由于采用了自適應(yīng)陷波濾波而提高了抗噪聲能力。
本發(fā)明與所有已知的設(shè)計(jì)相比具有更優(yōu)越的抗噪聲和抑制諧波的性能，并且簡(jiǎn)化了由Romano專利所公開的DSP設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。這使得即使在特別嘈雜的環(huán)境中以及應(yīng)用于低密度流體物質(zhì)(例如氣體)時(shí)也能提高流率測(cè)量的精確度。
由于所有流管以相同的基頻振動(dòng)，該陷波濾波器的自適應(yīng)僅由兩陷波濾波器中一個(gè)的采樣值所確定。如此確定的自適應(yīng)加權(quán)應(yīng)用于兩個(gè)陷波濾波器。本發(fā)明用于計(jì)算的試探法防止了陷波濾波器由于計(jì)算的不穩(wěn)定性而偏離基頻。當(dāng)陷波濾波器測(cè)得的信噪比太小時(shí)，采用其它的試探法重新開始自適應(yīng)的收斂計(jì)算。小的信噪比表示自適應(yīng)陷波濾波器沒有收斂在基頻上。這可能是由于振動(dòng)流管基頻的漂移。
在本發(fā)明的一個(gè)第一實(shí)施例中，由一個(gè)對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器以固定頻率對(duì)各個(gè)振動(dòng)流管傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣。然后將由各個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器輸出的采樣值輸入到一個(gè)相應(yīng)的抽選濾波器中，目的是通過減少在以后的計(jì)算中所用采樣值的數(shù)量來降低計(jì)算的復(fù)雜程度。該抽選濾波器還進(jìn)行一定程度的抗混疊濾波以使采樣的模擬信號(hào)平滑。然后將抽選的信號(hào)分別傳輸?shù)揭粋€(gè)對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)陷波濾波器以進(jìn)一步增強(qiáng)從各個(gè)傳感器輸出的信號(hào)。在將大部分噪聲和諧波濾掉之后，將各個(gè)傳感器的增強(qiáng)輸出信號(hào)傳輸?shù)揭粋€(gè)相應(yīng)的相位運(yùn)算單元以確定兩個(gè)增強(qiáng)信號(hào)之間的相位差。將各個(gè)相位運(yùn)算單元的輸出傳送到一個(gè)運(yùn)算單元以確定增強(qiáng)的傳感器信號(hào)之間的時(shí)間差，進(jìn)而確定相對(duì)的質(zhì)量流率。
按照本發(fā)明方法的第二個(gè)實(shí)施例，使用了四個(gè)自適應(yīng)陷波濾波器，在左信道和右信道分別串聯(lián)兩個(gè)陷波濾波器。分別設(shè)置在左信道和右信道中的兩個(gè)濾波器是“級(jí)聯(lián)的”，其中第一個(gè)濾波器采用一個(gè)低Q值(寬陷波帶)濾波器以產(chǎn)生有限的信號(hào)增強(qiáng)，但是能夠迅速收斂到振動(dòng)流管基頻的變化范圍上。然后將從第一個(gè)級(jí)聯(lián)陷波濾波器輸出的信號(hào)傳輸?shù)降诙€(gè)級(jí)聯(lián)陷波濾波器中。第二陷波濾波器采用一個(gè)高Q值(窄陷波帶)濾波器以產(chǎn)生比以往的技術(shù)或者上述的第一實(shí)施例中更強(qiáng)的抑制噪聲和諧波的作用。盡管第二陷波濾波器具有窄陷波帶(高Q值)，但是它仍然能夠迅速地適應(yīng)由于第一陷波濾波器所進(jìn)行的有限的增強(qiáng)(濾波)引起的振動(dòng)流管的基頻的變化。在輸入到所說第二陷波濾波器的信號(hào)中減少的噪聲和諧波量使得它也能夠迅速地收斂到振動(dòng)流管基頻的變化范圍上。
使用一個(gè)其陷波形狀比第一個(gè)級(jí)聯(lián)陷波濾波器更寬的輔助陷波濾波器(第五濾波器)以產(chǎn)生振動(dòng)流管基頻的一個(gè)估計(jì)值。在加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算中使用這個(gè)估計(jì)值以設(shè)置左信道和右信道中的第一級(jí)聯(lián)陷波濾波器的頻率參數(shù)。在加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算中使用第二級(jí)聯(lián)陷波濾波器的輸出調(diào)整第二級(jí)聯(lián)陷波濾波器的頻率參數(shù)。
兩個(gè)(或多個(gè))用于增強(qiáng)各個(gè)傳感器的輸出信號(hào)的級(jí)聯(lián)陷波濾波器的結(jié)合進(jìn)一步增強(qiáng)了濾波抑制能力以及自適應(yīng)濾波器收斂到振動(dòng)流管基頻變化范圍上的速度。
在此使用的術(shù)語(yǔ)“自適應(yīng)陷波濾波器”在廣義上指具有各種可變參數(shù)的濾波器。這個(gè)定義與一個(gè)更廣為接受的定義不同，后者將一個(gè)可變參數(shù)濾波器與根據(jù)該濾波器本身的輸入和輸出自動(dòng)地調(diào)整濾波器參數(shù)的機(jī)構(gòu)相結(jié)合。如在此所使用的含義，某些陷波濾波器的自適應(yīng)參數(shù)是根據(jù)其它濾波器的工作狀態(tài)計(jì)算出來的，而不是各個(gè)濾波器自己的輸入和輸出。換句話說，本發(fā)明中某些陷波濾波器受到其它陷波濾波器計(jì)算結(jié)果的控制。由于這個(gè)原因，將有關(guān)濾波器和自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的詳細(xì)討論分開。根據(jù)來自一個(gè)信號(hào)濾波器的輸入進(jìn)行的一次自適應(yīng)計(jì)算可以調(diào)整多個(gè)陷波濾波器的參數(shù)。
通過以下的說明和附圖，本發(fā)明的上述和其它方面將變得更加清楚。
附圖簡(jiǎn)介

圖1表示與運(yùn)用本發(fā)明的裝置和方法的流量計(jì)電子部分連接的一個(gè)典型的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)；圖2為流量計(jì)電子部分中用于確定根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的流量計(jì)的質(zhì)量流率的運(yùn)算單元的方塊示意圖；圖3表示圖2所示的本發(fā)明第一實(shí)施例的其它細(xì)節(jié)，其中采用了一個(gè)自適應(yīng)陷波濾波器與各個(gè)傳感器信號(hào)相連；圖4-12表示圖3所示本發(fā)明的第一實(shí)施例中運(yùn)算單元的其它細(xì)節(jié)；圖13表示圖2所示本發(fā)明的第二實(shí)施例的其它細(xì)節(jié)，其中采用了兩個(gè)級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器與各個(gè)傳感器信號(hào)相連；圖14-16表示圖13所示本發(fā)明的第二實(shí)施例中運(yùn)算單元的其它細(xì)節(jié)；圖17為本發(fā)明的第一實(shí)施例應(yīng)用的軟件的流程圖，表示操作A/D轉(zhuǎn)換器和對(duì)采樣值的相應(yīng)抽選值的中斷處理過程；圖18為本發(fā)明的第一實(shí)施例應(yīng)用的軟件的流程圖，表示為了濾波和確定Δt相位差而對(duì)抽選的采樣值進(jìn)行處理的過程；圖19為一個(gè)流程圖，表示圖18中所示的在處理過每個(gè)抽選的采樣值之后更新濾波器參數(shù)的一個(gè)單元的其它細(xì)節(jié)；以及圖20為適合于執(zhí)行本發(fā)明方法的軟件的數(shù)字信號(hào)處理電路的方塊圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1中所示的一種典型的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，它具有兩根以懸臂方式安裝到總管主體30上的流管12、14，以使它們圍繞各自的異相彎曲軸W-W和W’-W’具有基本一致的剛性常數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
在流管12、14的頂部130和130’之間的中點(diǎn)區(qū)域安裝有一個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈和磁體20以使流管12、14圍繞軸W-W和W’-W’異相振蕩。左傳感器16和右傳感器18安裝在流管12、14各自頂部的末端附近以檢測(cè)流管12、14的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種檢測(cè)可以用許多方式進(jìn)行，其中包括測(cè)量流管12、14頂端通過它們的零交叉點(diǎn)或其它某個(gè)預(yù)定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。流管12、14具有左側(cè)支管131和131’以及右側(cè)支管134和134’。這些側(cè)支管彼此相向向下匯集，并固定到總管連接件121和121’的表面120和120’上。支撐條140R和140L釬焊在流管12、14的支管上，并用于限定所說軸W-W和W’-W’，當(dāng)通過路徑156激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器20時(shí)流管圍繞上述兩條軸異相振蕩。軸W-W和W’-W’的位置是通過沿流管的側(cè)支管131、131’和134、134’移動(dòng)支撐條140R和140L確定的。
在流管14的側(cè)支管131上安裝有溫度檢測(cè)器22以測(cè)量流管的溫度和流經(jīng)流管的物質(zhì)的近似溫度。這個(gè)溫度信息被用于確定流管剛性常數(shù)的變化。驅(qū)動(dòng)器20、傳感器16和18以及溫度檢測(cè)器22分別通過路徑156、157、158和159與質(zhì)量流量計(jì)儀表24相連。質(zhì)量流量計(jì)儀表24至少包括一個(gè)微處理器，該微處理器處理從傳感器16、18和22接收的信號(hào)以確定流過流量計(jì)10的物質(zhì)的質(zhì)量流率以及其它測(cè)量值，例如物質(zhì)密度和溫度。質(zhì)量流量計(jì)儀表24還通過路徑156向驅(qū)動(dòng)器20傳輸一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)以使流管12、14圍繞軸W-W和W’-W’異相振蕩。
總管主體30由鑄件150、150’構(gòu)成。鑄件150、150’可以通過法蘭103、103’安裝到一根輸入導(dǎo)管和一根輸出導(dǎo)管(未示出)上?？偣苤黧w30使物質(zhì)從輸入導(dǎo)管轉(zhuǎn)向流入流管12、14中，然后返回輸出導(dǎo)管。當(dāng)總管法蘭103和103’通過入口端104和出口端104’與流通著待測(cè)量工作物質(zhì)的一個(gè)管道系統(tǒng)(未示出)相連時(shí)，這種物質(zhì)通過法蘭103的入口孔101進(jìn)入總管主體30和總管連接件110，并通過鑄件150中具有逐漸變化的橫截面的一條通道(未示出)進(jìn)入流管12、14。流體被總管連接件121分流并分別導(dǎo)向流管14和12的左支管131和131’。然后，流體流過頂管部分130、130’和右側(cè)支管134和134’，并在流管總管連接件121’中匯合成一股流。在這之后，流體通過一條通道(未示出)進(jìn)入出口鑄件150’，然后進(jìn)入總管出口連接件110’。出口端104’由具有螺栓孔102’的法蘭103’與管道系統(tǒng)(未示出)相連。流體從出口孔101’流出返回到管道系統(tǒng)(未示出)的流動(dòng)中。
質(zhì)量流量計(jì)儀表24分析在路徑157、158和159上接收的信號(hào)，并在路徑155上產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)以指示質(zhì)量流率，控制系統(tǒng)或操作者利用這些測(cè)量值監(jiān)測(cè)和控制通過相應(yīng)的管道系統(tǒng)(未示出)的質(zhì)量流率。概述本發(fā)明包括可在一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片中應(yīng)用的數(shù)字信號(hào)處理方法，以在質(zhì)量流量計(jì)儀表24中執(zhí)行計(jì)算功能。從作為各個(gè)流管傳感器的輸出而產(chǎn)生的模擬信號(hào)中抽取離散的采樣值。利用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)將從左右傳感器輸出的不連續(xù)采樣值數(shù)字化。在數(shù)字化之后，利用數(shù)字信號(hào)處理方法在DSP芯片中對(duì)采樣值進(jìn)行進(jìn)一步的處理。數(shù)字信號(hào)采樣值的處理在本申請(qǐng)中以兩種形式表示。在一種表示形式中，表示了用于各種濾波和處理功能的DSP軟件流程圖和公式。為了幫助解釋本發(fā)明的方法，利用了第二種表示形式，這種形式敘述了表示作為偽電路(例如表示加法器、乘法器、延遲電路、寄存器、多路通道等的方塊圖)的各種公式的計(jì)算。某些更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算在偽電路方塊圖中被保留為上位概念的單元，在本申請(qǐng)中通常稱之為“運(yùn)算單元”。本發(fā)明的這兩種形式的解釋是等價(jià)的，它們兩者都充分地說明了本發(fā)明的方法和功能。概述-偽電路圖2表示本發(fā)明的流量計(jì)電子部分的一般結(jié)構(gòu)，以及在其中相關(guān)信息的傳輸。本發(fā)明流量計(jì)的電子部分由兩個(gè)基本相同的“信道”構(gòu)成用于處理左流管傳感器輸出信號(hào)的第一信道和用于處理右流管傳感器輸出信號(hào)的第二信道。這兩個(gè)信道除了在如下所述的陷波濾波器的加權(quán)自適應(yīng)方面有所不同以外其它方面是相同的。
以下的描述是針對(duì)典型的科里奧利流量計(jì)應(yīng)用進(jìn)行的，在這種流量計(jì)中振動(dòng)流管的基頻大約為100Hz。很容易理解，本發(fā)明的裝置和方法可以應(yīng)用于任何常規(guī)的流量計(jì)振動(dòng)基頻。
下面所討論的許多運(yùn)算單元是與和流管傳感器輸出信號(hào)的各種采樣相關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)同步進(jìn)行的。圖2所示的時(shí)鐘214產(chǎn)生與下面所討論的運(yùn)算單元的各種采樣率相關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)。首先，時(shí)鐘214通過路徑270向A/D轉(zhuǎn)換器200傳送一個(gè)周期脈沖時(shí)鐘信號(hào)以確定由流管傳感器產(chǎn)生的原始信號(hào)(未經(jīng)處理的)的采樣率。各個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器200在由時(shí)鐘214通過路徑270傳輸?shù)拿總€(gè)信號(hào)脈沖周期內(nèi)對(duì)其相應(yīng)的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。通過路徑270傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器200的這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)必須具有高精度的頻率，以使得能夠按照本發(fā)明信號(hào)處理所要求的固定采樣率對(duì)流管傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣?？扇〉氖抢靡粋€(gè)晶控時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)所說的時(shí)鐘脈沖精度。還通過路徑270將同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)傳送到48∶1抽選濾波器單元202中。該抽選濾波器單元202將采樣值的數(shù)量減少到48分之一，同時(shí)對(duì)采樣信號(hào)值進(jìn)行顯著的抗混疊濾波。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到48∶1的特殊抽選比率是根據(jù)特定應(yīng)用環(huán)境所作的工程設(shè)計(jì)選擇。
時(shí)鐘214還如下所述向其它的運(yùn)算單元傳輸信號(hào)CLK。信號(hào)CLK的頻率隨抽選濾波器單元202輸出的采樣值的頻率變化。換句話說，CLK時(shí)鐘信號(hào)的頻率是通過路徑270產(chǎn)生和傳輸時(shí)鐘信號(hào)頻率的1/48。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，由CLK信號(hào)進(jìn)行“時(shí)鐘控制”的運(yùn)算單元是由在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片上運(yùn)行的軟件函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。因此，這些函數(shù)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的抽選采樣值進(jìn)行運(yùn)算。這些函數(shù)的“計(jì)時(shí)”對(duì)應(yīng)于離散采樣值的有效工作時(shí)間?？扇〉氖?，這些值緩存在軟件實(shí)現(xiàn)的隊(duì)列或先進(jìn)先出節(jié)點(diǎn)中，從而這些函數(shù)可以實(shí)際上相對(duì)于固定速率，A/D轉(zhuǎn)換器200的晶控采樣頻率異步地實(shí)現(xiàn)。在以下對(duì)附圖的描述中，CLK信號(hào)代表足以使抽選的傳感器輸出信號(hào)離散采樣值能夠用于由運(yùn)算單元進(jìn)一步處理的頻率。在DSP芯片中軟件的實(shí)際運(yùn)算處理通常是相對(duì)于在路徑270中的時(shí)鐘信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器采樣頻率異步進(jìn)行的。
圖1中所示右流管傳感器18的輸出信號(hào)通過圖1所示路徑158傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器200。圖1中所示左流管傳感器16的輸出信號(hào)通過圖1所示路徑157傳輸?shù)降诙嗀/D轉(zhuǎn)換器200。A/D轉(zhuǎn)換器200對(duì)右流管傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。第二A/D轉(zhuǎn)換器200對(duì)左流管傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器200響應(yīng)通過路徑270接收的由一個(gè)系統(tǒng)寬頻時(shí)鐘產(chǎn)生的固定頻率的周期時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行工作。
經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)通過路徑252傳輸?shù)?8∶1抽選濾波器單元202。這個(gè)48∶1抽選濾波器單元202分成兩級(jí)，一個(gè)8∶1級(jí)，其后是一個(gè)6∶1級(jí)?？扇〉氖?，抽選濾波器單元202的兩級(jí)都用限脈沖響應(yīng)(FIR)抗混疊濾波器來實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到可以使用IIR濾波器作為抽選級(jí)。使用FIR濾波器還是使用HR濾波器是根據(jù)運(yùn)算的復(fù)雜程度和用于具體設(shè)計(jì)中的運(yùn)算單元的相對(duì)能力所作的設(shè)計(jì)選擇。
抽選濾波器單元202以38.4kHz到4.8kHz的采樣率進(jìn)行8∶1壓縮。該濾波器的傳遞函數(shù)為G(z)＝(1-z-8)5/(1-z-1)5極零點(diǎn)抵消得到一個(gè)36抽頭的FIR濾波器。這種濾波器在二次采樣頻率的各個(gè)倍數(shù)點(diǎn)具有5個(gè)零點(diǎn)。這可以極大地消除混疊在第二級(jí)濾波器通帶中的那些頻率。這個(gè)第一級(jí)濾波器具有小整數(shù)系數(shù)，它可以用一種精確的計(jì)算機(jī)運(yùn)算表示，從而簡(jiǎn)化卷積運(yùn)算的復(fù)雜性和提高運(yùn)算速度。
抽選濾波器單元202的第二級(jí)濾波器以4.8kHz到800Hz的采樣速率進(jìn)行6∶1壓縮。第二級(jí)濾波器是采用眾所周知的Remez轉(zhuǎn)換算法設(shè)計(jì)的一個(gè)131抽頭FIR濾波器。通帶為直流到250Hz，阻帶起點(diǎn)為400Hz。通帶加權(quán)為10-5，阻帶加權(quán)為1。
利用兩級(jí)抽選濾波器具有較高的抗混疊性能。所有混疊分量被降低超過120dB，而從直流到230Hz的脈動(dòng)小于1.5dB。
由通過路徑250相連的A/D轉(zhuǎn)換器200和抽選濾波器單元202構(gòu)成的左信道的工作方式與上述的右信道的工作方式相同。左信道中抽選濾波器單元202的輸出信號(hào)從路徑254輸出。
A/D轉(zhuǎn)換器200的采樣值和抽選級(jí)的運(yùn)算可取的是利用32位定點(diǎn)運(yùn)算以保持所需的運(yùn)算精度和特性。由于較寬的運(yùn)算定標(biāo)范圍涉及更復(fù)雜的功能，所以后面的運(yùn)算，諸如陷波濾波、相位運(yùn)算、Δt運(yùn)算、和質(zhì)量流率運(yùn)算最好是采用浮點(diǎn)運(yùn)算方式。
抗混疊抽選數(shù)字信號(hào)值通過路徑256傳輸?shù)阶赃m應(yīng)陷波濾波器204。如在下文中詳細(xì)討論的，自適應(yīng)陷波濾波器204通過將在以振動(dòng)流管基頻為中心的頻帶以外的所有頻率有效地濾除而增強(qiáng)了信號(hào)值。自適應(yīng)陷波濾波器204消除了以基頻為中心的一條頻帶(陷波)。所得信號(hào)是在以振動(dòng)流管基頻為中心的陷波以外的所有噪聲。然后將這些噪聲信號(hào)從通過路徑256輸入到陷波濾波器204的信號(hào)中減去，上述輸入信號(hào)是基頻信號(hào)和所有未經(jīng)抽選濾波器單元濾波的噪聲之和。之后將相減的結(jié)果，它表示振動(dòng)流管濾掉大部分噪聲信號(hào)后的基頻信號(hào)，作為陷波濾波器204的輸出通過路徑262輸出。
陷波濾波器204的參數(shù)(加權(quán)因子或系數(shù)以及去偏置參數(shù))決定了陷波的特性，也就是陷波(被剔除頻率的帶寬)和基頻的形狀。這些參數(shù)由加權(quán)自適應(yīng)單元210計(jì)算出，并通過路徑258傳送到陷波濾波器204。
左信道自適應(yīng)陷波濾波器204從路徑254接收其輸入，而從路徑260傳輸其輸出。如下所述，作為左信道自適應(yīng)陷波濾波器的輸出產(chǎn)生的信號(hào)被加權(quán)自適應(yīng)單元210用作反饋信號(hào)以確定兩個(gè)陷波濾波器的系數(shù)(左信道和右信道自適應(yīng)陷波濾波器)。
兩個(gè)陷波濾波器204(左信道和右信道)的加權(quán)因子(系數(shù))由加權(quán)自適應(yīng)單元210的運(yùn)算確定。加權(quán)自適應(yīng)單元210從左信道自適應(yīng)陷波濾波器204的輸出端接收經(jīng)過濾波的信號(hào)、未經(jīng)濾波的信號(hào)的噪聲部分、和濾波后信號(hào)的梯度。這些信號(hào)值用于與時(shí)間相關(guān)的(迭代)運(yùn)算中以確定陷波濾波器的合適系數(shù)。如此確定的系數(shù)決定了陷波的特性。陷波與基頻兩者的形狀都適合于追蹤基頻的變化。陷波的形狀決定了自適應(yīng)陷波濾波器能夠收斂到基頻變化范圍上的速度。較寬的陷波產(chǎn)生較少的濾波效果，但是可以更迅速地調(diào)整到基頻的變化。較窄的陷波使收斂到基頻變化范圍上的速度較慢，但是對(duì)于輸入傳感器信號(hào)的濾波效果非常好。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到左信道和右信道的輸出信號(hào)都可以被用作加權(quán)自適應(yīng)單元210的反饋信號(hào)。雖然在加權(quán)自適應(yīng)單元210中同時(shí)使用左信道和右信道輸出信號(hào)是可能的，但是這樣做所產(chǎn)生的益處與增加的計(jì)算復(fù)雜性相比并不占優(yōu)。不論加權(quán)自適應(yīng)單元210的輸入源是哪一個(gè)信道，在其中計(jì)算出的加權(quán)自適應(yīng)參數(shù)被傳輸?shù)阶笮诺篮陀倚诺雷赃m應(yīng)陷波濾波器204中，從而使兩個(gè)傳感器輸出信道經(jīng)過同樣處理。如果利用一組傳輸?shù)阶笮诺篮陀倚诺赖膮?shù)保持兩個(gè)信道之間嚴(yán)格的相位關(guān)系，則用于計(jì)算所說Δt值的基值正比于質(zhì)量流率。
如下所述，由加權(quán)自適應(yīng)單元210計(jì)算所得值還用于計(jì)算相位和Δt。
單元212接收從加權(quán)自適應(yīng)單元210得到的系數(shù)，并確定振動(dòng)流管的基頻。頻率計(jì)算單元212產(chǎn)生頻率和Goertzel加權(quán)信息并通過路徑268傳輸。
由自適應(yīng)陷波濾波器204產(chǎn)生的濾波信號(hào)值通過路徑262傳輸?shù)较辔挥?jì)算單元206。相位計(jì)算單元206通過路徑268從頻率計(jì)算單元212接收Goertzel加權(quán)信息和頻率信息。相位計(jì)算單元206利用具有兩個(gè)Hanning窗口的富里葉分析技術(shù)確定濾波信號(hào)的相位。一個(gè)窗口的長(zhǎng)度是流管基頻的額定值或期望值的函數(shù)。一個(gè)窗口的長(zhǎng)度確定流管振蕩周期數(shù)，在此周期中匯集和加權(quán)處理采樣值，以確定流管的相位。流管頻率的期望值可以在制造時(shí)編程在本發(fā)明的電子設(shè)備中，或者作為一個(gè)參數(shù)輸入到一個(gè)特定的安裝/應(yīng)用位置，或者由流量計(jì)的操作和相應(yīng)的測(cè)量確定。一個(gè)窗口的長(zhǎng)度表示響應(yīng)時(shí)間與消除信號(hào)噪聲和泄漏之間的折衷。累計(jì)用于確定相位的周期數(shù)較大可以進(jìn)一步消除噪聲，但是也需要更長(zhǎng)的延遲時(shí)間以實(shí)現(xiàn)因果關(guān)系，所以使對(duì)流管振動(dòng)相位關(guān)系的變化響應(yīng)變慢。較少的采樣值減少了延遲時(shí)間，從而提高了對(duì)流管振動(dòng)相位變化的響應(yīng)速度，但是抑制噪聲的效果低劣。與所測(cè)量的周期一樣，選擇8個(gè)流管周期作為優(yōu)選的窗口長(zhǎng)度。假設(shè)一個(gè)給定的頻率期望值，則優(yōu)選窗口長(zhǎng)度(2N)可以確定為窗口長(zhǎng)度＝2·floor(3200/流管頻率期望值)其中floor(x)是小于或等于x的最大整數(shù)。
Hanning窗口表示為在一個(gè)Hanning窗口的周期內(nèi)應(yīng)用于所說離散采樣值的加權(quán)的向量。其中2N為在Hanning窗口的一個(gè)周期內(nèi)離散采樣值的數(shù)目，第k個(gè)離散采樣值的加權(quán)，其中k的范圍從0到2N-1，確定為h(k)＝(1/2)(1-cos(2πk/(2N-1)))為了在下文中對(duì)有關(guān)重疊Hanning窗口的平行計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)的討論，圖2所示時(shí)鐘214每N個(gè)離散采樣值產(chǎn)生一個(gè)半窗長(zhǎng)信號(hào)脈沖并通過圖2所示路徑274傳輸(其中傳感器輸出信號(hào)采樣值的一個(gè)完整的Hanning窗口在一個(gè)周期中包含2N個(gè)離散的采樣值)。此外，圖2所示時(shí)鐘214在路徑272上傳輸一個(gè)計(jì)數(shù)值信號(hào)SAMPNO。路徑272上的SAMPNO從0到N-1計(jì)數(shù)(作為CLK信號(hào)的一個(gè)模數(shù)N函數(shù))。路徑272上的SAMPNO計(jì)數(shù)對(duì)CLK信號(hào)的每一個(gè)脈沖遞增計(jì)數(shù)。當(dāng)SAMPNO計(jì)數(shù)達(dá)到N-1時(shí)，從時(shí)鐘214發(fā)生的CLK信號(hào)的下一個(gè)脈沖將SAMPNO重新設(shè)置為0。半窗長(zhǎng)信號(hào)對(duì)應(yīng)于等于零的SAMPNO計(jì)數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，SAMPNO計(jì)數(shù)器由軟件實(shí)現(xiàn)，它對(duì)在Hanning窗長(zhǎng)期間處理的傳感器輸出信號(hào)離散的抽選采樣值進(jìn)行計(jì)數(shù)。由軟件實(shí)現(xiàn)的SAMPNO計(jì)數(shù)器相對(duì)于由圖2所示時(shí)鐘214通過路徑270產(chǎn)生的固定頻率的、晶控時(shí)鐘信號(hào)異步增量。
給予在各個(gè)窗口邊緣的信號(hào)采樣值的加權(quán)比給予在窗口中央的采樣值的少。為了更加充分地利用可得到的數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行兩種富里葉變換，從而各窗口重疊半個(gè)窗長(zhǎng)。每半個(gè)采樣窗產(chǎn)生一組新的富里葉相位測(cè)量值。
本發(fā)明采用恒定窗長(zhǎng)使得可以在流率測(cè)量開始之前預(yù)先計(jì)算Hanning窗口加權(quán)。當(dāng)與離散時(shí)間富里葉變換(DTFT)結(jié)合使用時(shí)，如在本發(fā)明中，窗口長(zhǎng)度決定了DTFT濾波器輸出的頻率甄別特性的清晰度。它還增強(qiáng)了消除噪聲和偽諧波的效果。但不幸的是，較長(zhǎng)的窗長(zhǎng)使得濾波器對(duì)相位變換的響應(yīng)較慢。所以按照上述方式確定的窗長(zhǎng)表示適合于平衡這些競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)(改善的頻率甄別和噪聲消除相對(duì)于對(duì)于相位變化的迅速響應(yīng))的最佳的已知近似。對(duì)于不同的流量計(jì)可以改變優(yōu)選的窗長(zhǎng)以使某些環(huán)境狀態(tài)最佳。
相位計(jì)算單元206將經(jīng)過濾波的離散采樣值相加以產(chǎn)生表示傳感器輸出信號(hào)的濾波采樣值的相位的一個(gè)復(fù)數(shù)。將這個(gè)復(fù)數(shù)傳輸?shù)铰窂?66中以用于其后的Δt計(jì)算中。具體地說，是對(duì)左信道和右信道的傳感器輸出信號(hào)的經(jīng)過濾波的離散采樣值的各個(gè)Hanning窗口進(jìn)行Goertzel濾波器富里葉變換。Goertzel濾波器的系數(shù)由頻率計(jì)算單元212確定，并通過路徑268傳輸?shù)较辔挥?jì)算單元206。相位計(jì)算單元206的復(fù)數(shù)輸出傳送到路徑266中，并用于Δt計(jì)算中。
左信道的相位計(jì)算單元206的工作方式與上述右信道的相位計(jì)算單元相同。左信道中的自適應(yīng)陷波濾波器204將其輸出傳送到路徑260中。相位計(jì)算單元206接收這些信號(hào)，并將表示左信道相位的值傳送到路徑264。
左信道和右信道的相位信息都由相位計(jì)算單元206的運(yùn)算得出，并由Δt計(jì)算單元208通過左信道的路徑264和右信道的路徑266接收。Δt計(jì)算單元208通過路徑268接收由頻率計(jì)算單元210運(yùn)算得到的頻率信息。Δt計(jì)算單元208確定由于左右傳感器輸出信號(hào)之間的相位差而產(chǎn)生的時(shí)間延遲，這個(gè)時(shí)間延遲又近似正比于流過科里奧利流量計(jì)的流管的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
將左信道的富里葉變換與右信道的富里葉變換的共軛相乘。然后計(jì)算復(fù)數(shù)值的角度。將這個(gè)相位差角用振動(dòng)流管的頻率相除(轉(zhuǎn)換成適合的單位以與相位測(cè)量值匹配)以得到一個(gè)Δt值。概述-軟件圖17-19所示的流程圖概述了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的軟件的運(yùn)行。圖17表示實(shí)時(shí)響應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器200(圖2所示)的一個(gè)中斷信號(hào)軟件部分的運(yùn)行。圖18表示對(duì)由圖17所示軟件運(yùn)行產(chǎn)生的抽選采樣值進(jìn)行進(jìn)一步濾波和處理的軟件部分的運(yùn)行。由圖17所示軟件運(yùn)行產(chǎn)生的優(yōu)選采樣值被緩存，從而圖18所示的軟件可以相對(duì)于從A/D轉(zhuǎn)換器200輸出的精確定時(shí)采樣值進(jìn)行異步操作。圖19進(jìn)一步表示了圖18所示的一個(gè)單元的細(xì)節(jié)，其中包括幫助確保質(zhì)量流率的最終測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的試探法。
圖17-19所示的軟件可以在圖20中更詳細(xì)表示的質(zhì)量流量計(jì)儀表24中運(yùn)行。圖20所示的數(shù)字信號(hào)處理器2000是非常象普通微處理器的一個(gè)計(jì)算裝置，但是具有適用于信號(hào)處理的特殊功能。許多這類DSP處理器對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的。這種裝置的一個(gè)實(shí)例就是Texas儀器儀表公司生產(chǎn)的TMS 320C50-57型。這種裝置是一種定點(diǎn)算法處理器。提供了軟件仿真程序庫(kù)以進(jìn)行精確的浮點(diǎn)運(yùn)算。這種示例裝置具有32位的采樣和抽選操作所需的精度。雖然對(duì)于特殊的流量計(jì)來說，如果需要?jiǎng)e的浮點(diǎn)運(yùn)算功能，還可以使用其它處理器，但是浮點(diǎn)仿真軟件對(duì)于大多數(shù)流量計(jì)來說提供了足夠的功能。
處理器2000通過總線2052從程序ROM2002中讀取程序指令，并通過總線2054操縱數(shù)據(jù)和將其緩存在RAM2004中。普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)成本和性能因素的不同，在某些環(huán)境中可取的是將程序指令從ROM2002中拷貝到RAM2004中以改善處理器2000在讀取指令方面的性能。
A/D轉(zhuǎn)換器200分別接收流管傳感器施加到路徑157和158的模擬輸出信號(hào)。處理器2000分別通過路徑250和252將控制信號(hào)施加到A/D轉(zhuǎn)換器200，并且分別通過路徑250和252接收從A/D轉(zhuǎn)換器200輸出的數(shù)字化的采樣值。處理器2000通過路徑2050向時(shí)鐘214施加控制信號(hào)以確定A/D轉(zhuǎn)換器200的采樣頻率。作為響應(yīng)，時(shí)鐘214將采樣頻率時(shí)鐘信號(hào)通過路徑270施加到A/D轉(zhuǎn)換器。按照這種方式，處理器200在開始時(shí)將A/D轉(zhuǎn)換器200的采樣頻率設(shè)置為所需速率。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換器200是在一個(gè)集成電路中由多個(gè)轉(zhuǎn)換器和與DSP處理器相連的一條通訊總線實(shí)現(xiàn)的。這有助于確保兩個(gè)采樣信號(hào)之間的相位關(guān)系是由于振動(dòng)流管的科里奧利效應(yīng)產(chǎn)生，而不是由分立的A/D轉(zhuǎn)換器電路之間的不平衡效應(yīng)產(chǎn)生的。許多這類立體A/D轉(zhuǎn)換器芯片對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的。這種芯片的一個(gè)實(shí)例是晶體半導(dǎo)體芯片CS5329，一種2信道立體A/D轉(zhuǎn)換器。
處理器2000確定流管振動(dòng)適合的基頻，并將一個(gè)成正比的信號(hào)施加到路徑2058。驅(qū)動(dòng)電路2008將施加到路徑2058中的信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于驅(qū)動(dòng)流管振動(dòng)的信號(hào)，并將該信號(hào)施加到路徑156中。在本領(lǐng)域中有許多驅(qū)動(dòng)流管振動(dòng)的方法和裝置，這里不需要進(jìn)一步詳細(xì)討論。
處理器2000還根據(jù)采樣信道之間的相位差確定一個(gè)Δt值，并將一個(gè)正比于Δt的一個(gè)信號(hào)施加到路徑2056中。D/A轉(zhuǎn)換器2006將施加到路徑2056中的信號(hào)值轉(zhuǎn)換成一個(gè)與質(zhì)量流率成正比的模擬信號(hào)并施加到路徑155中。路徑155中的信號(hào)被施加到適于具體的流量計(jì)測(cè)量的應(yīng)用裝置(未示出)中。概述-軟件(實(shí)時(shí)中斷處理)如上所述，A/D轉(zhuǎn)換器200以固定頻率工作以產(chǎn)生精確定時(shí)的左右流管傳感器輸出信號(hào)采樣值。如圖17所示，原始的采樣值用一個(gè)兩級(jí)、48∶1抽選濾波器進(jìn)行抽選。這種抽選濾波在一定程度上平滑(抗混疊)了采樣數(shù)據(jù)，同時(shí)降低了采樣速率，因而也降低了用于陷波濾波器以及確定相位差和最終的Δt測(cè)量結(jié)果所需的計(jì)算量。可以使用眾所周知的軟件技術(shù)以使得在某些不甚嚴(yán)格的計(jì)算處理過程中可以采用中斷(子程序)嵌套的方法，從而在A/D轉(zhuǎn)換器200采樣中斷正在處理時(shí)避免由于復(fù)雜計(jì)算造成的任何可能的數(shù)據(jù)損失。例如，在處理以前的采樣值過程中，可以使用象在FIFO存儲(chǔ)技術(shù)中使用的循環(huán)緩存器保存其它的數(shù)據(jù)。這些緩存技術(shù)和其它技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是眾所周知的，無需贅述。
圖17中的程序框1700表示由A/D轉(zhuǎn)換器200產(chǎn)生的中斷的產(chǎn)生以指示可以利用左右流管傳感器輸出信號(hào)的數(shù)字化采樣值。然后程序框1702響應(yīng)該中斷開始讀取從A/D轉(zhuǎn)換器200輸出的左右流管傳感器信號(hào)(在本申請(qǐng)中也稱之為左信道和右信道)的數(shù)字化采樣值。將從A/D轉(zhuǎn)換器200讀取的數(shù)字化采樣值存儲(chǔ)在與左信道和右信道相關(guān)的一個(gè)第一級(jí)循環(huán)緩存器中。每個(gè)信道的第一級(jí)循環(huán)緩存器的空間足以存儲(chǔ)FIR濾波器的采樣值。這種第一級(jí)濾波器最好是一個(gè)36抽頭濾波器，所以在每個(gè)信道的循環(huán)緩存器中至少需要有36個(gè)入口。
程序框1704判定從程序框1702從A/D轉(zhuǎn)換器讀取采樣值的最后一次卷積運(yùn)算時(shí)起在所說第一級(jí)循環(huán)緩存器中是否已經(jīng)存儲(chǔ)了8個(gè)新的采樣值。如果還沒有讀取8個(gè)新的采樣值，則結(jié)束對(duì)這個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器200中斷的處理。如果從最后一次濾波器卷積運(yùn)算時(shí)起已經(jīng)有8個(gè)新采樣值存儲(chǔ)在第一級(jí)循環(huán)緩存器，則程序框1706開始確定目前存儲(chǔ)在每個(gè)信道的第一級(jí)循環(huán)緩存器中的36個(gè)采樣值的卷積。然后將每個(gè)信道的經(jīng)卷積運(yùn)算后的采樣值存儲(chǔ)在與各個(gè)信道相關(guān)的一個(gè)第二級(jí)循環(huán)緩存器中。各個(gè)信道的第二級(jí)循環(huán)緩存器的空間足以存儲(chǔ)FIR濾波器的采樣值。第二級(jí)濾波器最好是一個(gè)131抽頭濾波器，所以在每個(gè)信道的循環(huán)緩存器中至少需要131個(gè)入口。
程序框1708確定在程序框1706運(yùn)行之后是否已經(jīng)有6個(gè)新值存儲(chǔ)在第二級(jí)循環(huán)緩存器中。如果還沒有6個(gè)經(jīng)過第一級(jí)卷積運(yùn)算的新值存儲(chǔ)在第二級(jí)循環(huán)緩存器中，則結(jié)束對(duì)這個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器200的中斷處理。如果在第二級(jí)循環(huán)緩存器中已經(jīng)存儲(chǔ)了6個(gè)新值，則程序框1710工作以確定存儲(chǔ)在每個(gè)信道的第二級(jí)循環(huán)緩存器中的131個(gè)值的卷積。然后將每個(gè)信道的第二級(jí)循環(huán)緩存器存儲(chǔ)值的第二級(jí)濾波器和值(卷積)存儲(chǔ)在與各個(gè)信道相關(guān)的一個(gè)抽選采樣循環(huán)緩存器中。每個(gè)信道的抽選采樣循環(huán)緩存器保存與其相關(guān)的左信道或右信道采樣值的抽選值。這些緩存器用于保存抽選值直到下面參照?qǐng)D18所述的異步處理能夠檢索到這些值以進(jìn)一步濾波和處理。抽選計(jì)算足夠簡(jiǎn)單，使得可以在圖17所示的中斷處理軟件內(nèi)進(jìn)行處理。對(duì)于陷波濾波器的進(jìn)一步處理、確定相位差和Δt值、以及適應(yīng)陷波濾波器參數(shù)是較為復(fù)雜的，所以是與從A/D轉(zhuǎn)換器200中讀取采樣值所需的實(shí)時(shí)處理異步進(jìn)行的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到圖17所示的中斷處理與圖18所示的異步處理之間的任務(wù)劃分是根據(jù)所選擇的DSP芯片的特性和按照A/D轉(zhuǎn)換器采樣頻率測(cè)量所需性能指標(biāo)所作的設(shè)計(jì)選擇。按照本發(fā)明的構(gòu)思和范圍，可以有許多種等價(jià)的軟件和相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
上文中參照?qǐng)D17-19概述的軟件結(jié)構(gòu)下面以“偽電路”形式進(jìn)行描述以幫助理解本發(fā)明。在這些偽電路的說明中，一個(gè)被稱為CLK的信號(hào)將由上文參照?qǐng)D17所述的運(yùn)算中產(chǎn)生的各個(gè)抽選采樣值進(jìn)行脈沖調(diào)制。換句話說，CLK信號(hào)是采樣頻率的1/48。如在參照?qǐng)D17-19對(duì)于軟件的描述中可見，CLK信號(hào)只是簡(jiǎn)單地表示在抽選采樣值循環(huán)緩存器中有一個(gè)可用的抽選采樣值(更準(zhǔn)確地說是一對(duì)抽選采樣值，一個(gè)用于左信道，一個(gè)用于右信道)。在計(jì)算上更為復(fù)雜的陷波濾波器運(yùn)算和Δt的確定是相對(duì)于精確定時(shí)的采樣頻率時(shí)鐘信號(hào)調(diào)制的A/D轉(zhuǎn)換和相關(guān)的兩級(jí)抽選異步進(jìn)行的。換句話說，下面討論的CLK信號(hào)最好只給出一種指示，即在抽選采樣值循環(huán)緩存器中有一個(gè)可用的抽選采樣值。概述-軟件(異步數(shù)字信號(hào)處理)圖18為一流程圖，表示響應(yīng)上文中參照?qǐng)D17所述的實(shí)時(shí)采樣和抽選操作運(yùn)行的軟件的異步處理部分。圖18中的程序框1800表示初始化用于預(yù)處理兩個(gè)信道的采樣數(shù)據(jù)的循環(huán)緩存器(第一級(jí)、第二級(jí)和抽選采樣值)所需的所有處理。此外，程序框1800初始化與圖2所示A/D轉(zhuǎn)換器200相關(guān)的任何所需硬件以設(shè)置轉(zhuǎn)換器固定的采樣頻率(即時(shí)鐘214)和當(dāng)可以從A/D轉(zhuǎn)換器中得到一個(gè)采樣值時(shí)使A/D轉(zhuǎn)換器能夠中斷DSP運(yùn)行。
程序框1802一直等待到在每個(gè)抽選采樣值循環(huán)緩存器中有一對(duì)抽選采樣值可用時(shí)(一個(gè)用于左信道，一個(gè)用于右信道)開始工作。當(dāng)有一對(duì)抽選采樣值可用時(shí)，程序框1804將陷波濾波器函數(shù)作用于抽選的采樣值，從而增強(qiáng)該信號(hào)。通過去除有害噪聲和信號(hào)頻率的諧波來增強(qiáng)該信號(hào)的。
接著程序框1806將陷波濾波器的參數(shù)更新。本發(fā)明的自適應(yīng)方法是修改這些陷波濾波器參數(shù)，以計(jì)算出振動(dòng)流管的基頻。在陷波濾波器自適應(yīng)過程中，利用試探程序幫助確保使用流量計(jì)儀表24所作流量測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性。下面詳細(xì)討論這些試探程序。將經(jīng)過更新的陷波濾波器參數(shù)應(yīng)用于陷波濾波器。
接著圖18所示的程序框1812判定該采樣值是否為在一個(gè)新的半窗長(zhǎng)周期開始時(shí)的第一個(gè)采樣值(即，SAMPNO＝0表示在前一個(gè)半窗長(zhǎng)周期中的所有采樣值都已經(jīng)處理完畢)。如果這個(gè)采樣值不是在一個(gè)半窗長(zhǎng)周期開始時(shí)的第一個(gè)采樣值，則程序框1808和1810繼續(xù)進(jìn)行處理以更新Goertzel濾波器參數(shù)和累計(jì)信號(hào)和噪聲能量值。如果這個(gè)采樣值是在一個(gè)新的半窗長(zhǎng)周期中的第一個(gè)采樣值，則如下所述由程序框1814執(zhí)行前一個(gè)半窗長(zhǎng)完畢之后的處理程序。
程序框1814在一個(gè)半窗長(zhǎng)周期末(一個(gè)新的半窗長(zhǎng)周期的開始)開始工作，以確定由下述程序框1810的運(yùn)行所產(chǎn)生的積累增強(qiáng)采樣值能量和積累增強(qiáng)噪聲分量能量得出的信噪比(SNR)。由程序框1810的運(yùn)行所產(chǎn)生的累計(jì)能量和還由程序框1814進(jìn)行復(fù)位以準(zhǔn)備開始對(duì)下一個(gè)采樣值Hanning半窗長(zhǎng)周期進(jìn)行積累。然后程序框1816測(cè)試SNR是否超過一個(gè)可接受的閾值。在本發(fā)明中，對(duì)于許多常規(guī)應(yīng)用來說優(yōu)選的SRN閾值為5。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，優(yōu)選的SNR閾值可以根據(jù)各種具體的流量計(jì)測(cè)量環(huán)境和應(yīng)用而改變。如果SNR值降到低于預(yù)定閾值，則說明在前一個(gè)半窗長(zhǎng)周期(剛剛結(jié)束的半窗長(zhǎng))存在SNR故障。如果程序框1816確定在前一個(gè)半窗長(zhǎng)中存在故障，則程序繼續(xù)進(jìn)行到程序框1818。否則，程序進(jìn)行到程序框1820。程序框1818重新設(shè)置在陷波濾波器的加權(quán)自適應(yīng)中使用的計(jì)算結(jié)果。具體地說，就是去偏置參數(shù)(α)、遺忘因數(shù)(λ)、和協(xié)方差矩陣(P)都被重新設(shè)置到起動(dòng)計(jì)算以將陷波濾波器收斂到振動(dòng)流管的基頻上的狀態(tài)。
接著程序框1820開始工作從表示在恰好前一個(gè)采樣值周期中每個(gè)信道上的信號(hào)的相位的復(fù)數(shù)確定Δt。換句話說，在每個(gè)采樣值的Hanning窗長(zhǎng)之后(如下所述它出現(xiàn)在每隔半窗長(zhǎng)處)，從被壓縮為表示每個(gè)信道的相位的一個(gè)復(fù)數(shù)的恰好前一個(gè)Hanning窗口采樣值計(jì)算Δt值。程序框1820根據(jù)由程序框1808產(chǎn)生的積累參數(shù)進(jìn)一步確定下一個(gè)周期的Goertzel濾波器系數(shù)。程序框1808的參數(shù)積累也進(jìn)行復(fù)位以開始一個(gè)新的周期。然后繼續(xù)進(jìn)行程序框1808和1810的處理以更新Goertzel濾波器參數(shù)并積累信號(hào)和噪聲能量。
程序框1808通過在一個(gè)半窗長(zhǎng)周期中積累平均陷波濾波器加權(quán)更新Goertzel濾波器。在兩個(gè)半窗長(zhǎng)周期的邊界處，更新Goertzel濾波器加權(quán)以準(zhǔn)備在下一個(gè)半窗長(zhǎng)周期對(duì)采樣值進(jìn)行處理。程序框1808還響應(yīng)增強(qiáng)采樣值的產(chǎn)生，并將增強(qiáng)采樣值施加到一個(gè)復(fù)數(shù)Goertzel濾波器中。如上所述的這種Goertzel濾波器產(chǎn)生一個(gè)復(fù)數(shù)，這個(gè)復(fù)數(shù)是對(duì)一組波形采樣值積累而成的，表示該波形的相位。對(duì)于左右信道都積累這個(gè)相位值。
如上所述，利用Goertzel濾波器積累表示各個(gè)信道的增強(qiáng)采樣信號(hào)的相位的一個(gè)復(fù)數(shù)。繼續(xù)積累等于Hanning窗長(zhǎng)(所說窗長(zhǎng)標(biāo)記為2N)數(shù)量的采樣值。一個(gè)Hanning窗口中的采樣值大約需要相關(guān)流管傳感器信號(hào)的8個(gè)完全振動(dòng)周期。為了最大限度地利用采樣數(shù)據(jù)，對(duì)于一個(gè)信道的采樣值并行進(jìn)行兩個(gè)Goertzel濾波器計(jì)算(總共4個(gè)計(jì)算，2個(gè)對(duì)左信道，2個(gè)對(duì)右信道)。對(duì)于一個(gè)信道的兩個(gè)并行計(jì)算是對(duì)該信道的相同的增強(qiáng)采樣值進(jìn)行的，但是一個(gè)計(jì)算從另一個(gè)Hanning窗口半窗長(zhǎng)之后的一個(gè)半窗長(zhǎng)處開始(即延遲N個(gè)采樣值)。換句話說，施加到一個(gè)信道的采樣值上的兩個(gè)并行Goertzel濾波器計(jì)算在時(shí)間上彼此分開，相差振動(dòng)流管傳感器信號(hào)采樣值的Hanning窗長(zhǎng)的一半。
程序框1810積累增強(qiáng)的信號(hào)能量，并積累采樣值的噪聲能量。在半窗長(zhǎng)結(jié)束時(shí)檢查積累值(如上所述相對(duì)于程序框1814)以確定信噪比是否在所需限值內(nèi)。
然后該方法的處理過程繼續(xù)循環(huán)回到程序框1802以等待接收另一個(gè)抽選采樣值。
圖19更加詳細(xì)地表示了程序框1806的操作，它更新濾波器參數(shù)以準(zhǔn)備處理下一個(gè)抽選采樣值。除了上面參照?qǐng)D18所述的SNR檢測(cè)以外，本發(fā)明還應(yīng)用其它試探方法以幫助防止陷波濾波器計(jì)算中的任何不穩(wěn)定性。
在圖19中所示的一種試探檢測(cè)檢查計(jì)算出的陷波濾波器加權(quán)以使之穩(wěn)定在一個(gè)預(yù)定的可接受范圍。如果它們落在可接受范圍以外，則下一個(gè)采樣值不使用新計(jì)算出的濾波器加權(quán)。在這種情況下，根據(jù)以前的采樣值計(jì)算出的以前的加權(quán)將一直使用直到產(chǎn)生可接受的濾波器加權(quán)。
程序框1902-1908根據(jù)當(dāng)前的采樣值確定更新的遺忘因數(shù)、更新的增益向量、更新的去偏置參數(shù)、和更新的協(xié)方差矩陣。接著程序框1910在給定由程序框1902-1908確定的以前的加權(quán)(根據(jù)以前的采樣處理計(jì)算出)、增益向量、和去偏置參數(shù)值的情況下確定更新的陷波濾波器加權(quán)。如上面參照?qǐng)D18所述，當(dāng)通過檢測(cè)增強(qiáng)信號(hào)的信噪比探測(cè)出一個(gè)錯(cuò)誤時(shí)，重新開始與更新系數(shù)相關(guān)的計(jì)算以將陷波收斂到流管的偏移的基頻上。
程序框1912相對(duì)于可接受值的一個(gè)預(yù)定范圍評(píng)估新計(jì)算出的加權(quán)的穩(wěn)定性。如果新計(jì)算出的加權(quán)在所說可接受范圍內(nèi)，程序框1914將該新加權(quán)值應(yīng)用于所說陷波濾波器以準(zhǔn)備處理下一個(gè)抽選采樣值。如果新計(jì)算出的加權(quán)值不在所說可接受范圍內(nèi)，則不將該新加權(quán)值應(yīng)用于所說濾波器，而是再次將以前的加權(quán)值(根據(jù)從以前的采樣值計(jì)算出的)應(yīng)用于下一個(gè)抽選采樣值。第一優(yōu)選實(shí)施例在本發(fā)明的一個(gè)示例性第一優(yōu)選實(shí)施例中，使用了兩個(gè)自適應(yīng)陷波濾波器，一個(gè)用于對(duì)來自左信道的離散數(shù)字化采樣值進(jìn)行濾波，另一個(gè)用于對(duì)來自右信道的離散數(shù)字化采樣值進(jìn)行濾波。加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算通過對(duì)與左信道處理相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行采樣調(diào)整兩個(gè)自適應(yīng)陷波濾波器的陷波參數(shù)。
圖3分解了圖2所示的各個(gè)單元以進(jìn)一步詳細(xì)表示圖2所示計(jì)算單元之間的信息傳輸。計(jì)算單元204為在圖2中首先表示的自適應(yīng)陷波濾波器。左信道自適應(yīng)陷波濾波器204通過路徑254(圖2中所示的)接收抽選的傳感器輸出信號(hào)采樣值(xL)。通過路徑258從加權(quán)自適應(yīng)單元210接收陷波濾波器傳遞函數(shù)的加權(quán)系數(shù)(W)。也是通過路徑258從加權(quán)自適應(yīng)單元210接收決定陷波形狀的去偏置參數(shù)(α)。右信道自適應(yīng)陷波濾波器204通過路徑256(圖2中所示的)接收抽選的傳感器輸出信號(hào)采樣值(xR)，但是其它方面的操作與左信道自適應(yīng)陷波濾波器204相同。左信道和右信道自適應(yīng)陷波濾波器都通過路徑258從加權(quán)自適應(yīng)單元210接收相同的自適應(yīng)參數(shù)(W和α)。
左信道和右信道自適應(yīng)陷波濾波器204都產(chǎn)生一個(gè)由分別施加到它們各自的輸出路徑260和262中的離散采樣值表示的增強(qiáng)的信號(hào)。這個(gè)增強(qiáng)的信號(hào)，對(duì)于左信道和右信道分別標(biāo)記為eL和eR，表示相關(guān)的輸入信號(hào)采樣值，該采樣值被濾掉除接近振動(dòng)流管基頻的一個(gè)窄頻帶以外所有噪聲信號(hào)的。
左信道自適應(yīng)陷波濾波器204在它的輸出路徑260中輸出表示輸入信號(hào)采樣值(nL)的噪聲部分的一個(gè)信號(hào)和表示該輸入信號(hào)采樣值(Ψ)的梯度向量的一個(gè)值。加權(quán)自適應(yīng)單元210利用這些信號(hào)值(eL、 nL和Ψ)確定進(jìn)一步調(diào)整陷波濾波器所需的加權(quán)自適應(yīng)參數(shù)。左信道和右信道自適應(yīng)陷波濾波器都運(yùn)算相同函數(shù)，但是，從右信道自適應(yīng)陷波濾波器輸出的噪聲和梯度值不用于本發(fā)明的方法和裝置中。實(shí)際上，優(yōu)選實(shí)施例的DSP軟件并不計(jì)算右信道自適應(yīng)陷波濾波器的這些不使用的信號(hào)。下面詳細(xì)討論由自適應(yīng)陷波濾波器運(yùn)算的函數(shù)。
相位計(jì)算單元206分別通過路徑260和262接收從左信道和右信道自適應(yīng)陷波濾波器204輸出的增強(qiáng)信號(hào)值。相位計(jì)算單元206確定由通過路徑260和262施加到它們各自的輸入端的增強(qiáng)的離散采樣信號(hào)表示的正弦信號(hào)的相位。
富里葉變換相位計(jì)算單元206利用一種Hanning窗口加權(quán)方法將每個(gè)信道上表示對(duì)應(yīng)的正弦輸入信號(hào)的8個(gè)周期的2N個(gè)離散加權(quán)采樣值加和。如下所述，本發(fā)明的各種計(jì)算單元對(duì)在半個(gè)Hanning窗周期中接收的數(shù)據(jù)(采樣值0…N-1)進(jìn)行它們各自的運(yùn)算。相位計(jì)算單元206接收通過路徑272輸入的指示當(dāng)前半窗周期(采樣值0…N-1)的具體采樣值的SAMPNO值。該SAMPNO值被用作應(yīng)用于第一個(gè)和第二個(gè)Hanning窗口半窗長(zhǎng)的增強(qiáng)的采樣信號(hào)值的一個(gè)加權(quán)向量的索引。如下所述相位計(jì)算單元206采用了這些加權(quán)方法。
相位計(jì)算單元206對(duì)濾波的離散采樣信號(hào)值實(shí)施Goertzel濾波器富里葉變換以確定該系統(tǒng)中每個(gè)信道上的正弦信號(hào)的相位。頻率計(jì)算單元212通過路徑268將Goertzel濾波器系數(shù)(B-一個(gè)復(fù)數(shù))傳輸?shù)较辔挥?jì)算單元206中。該Goertzel濾波器處理每個(gè)Hanning窗口中的采樣值以產(chǎn)生一個(gè)表示傳感器輸出信號(hào)的正弦采樣值的相位。
由相位計(jì)算單元206產(chǎn)生的復(fù)數(shù)值分別施加到左信道和右信道的路徑264和266中。Δt計(jì)算單元208分別從路徑264和266接收對(duì)應(yīng)于左信道和右信道信號(hào)的指示采樣信號(hào)相位的復(fù)數(shù)。Δt計(jì)算單元208通過路徑268接收從頻率計(jì)算單元212產(chǎn)生的指示當(dāng)前振動(dòng)流管基頻的一個(gè)數(shù)值(Ω)。
為了更充分地利用可從各個(gè)信道得到的數(shù)據(jù)，每個(gè)半個(gè)窗長(zhǎng)(按照如上方式確定的半個(gè)Hanning窗長(zhǎng))進(jìn)行一次相位、頻率和Δt計(jì)算。對(duì)于各個(gè)信道上經(jīng)過濾波的離散采樣輸入值進(jìn)行兩種并行相位計(jì)算。兩種并行計(jì)算中的每一種在經(jīng)過濾波的離散采樣值的每一個(gè)整窗長(zhǎng)時(shí)間里完成一次。兩種并行計(jì)算彼此之間錯(cuò)開一定時(shí)間，這個(gè)時(shí)間相當(dāng)于等于Hanning窗的半個(gè)窗長(zhǎng)采樣值的數(shù)目。由于兩種計(jì)算單元彼此錯(cuò)開半個(gè)Hanning窗窗長(zhǎng)，兩種并行計(jì)算中的每一種在每半個(gè)窗長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)每個(gè)信道完成一次計(jì)算。所以，在每半個(gè)窗長(zhǎng)時(shí)間里完成一次對(duì)新的相位、頻率和Δt的計(jì)算，并且用于質(zhì)量流率的測(cè)量。
圖2中所示的加權(quán)自適應(yīng)單元210被分解成四個(gè)子單元來表示、就是SNR故障檢測(cè)單元300、陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元302、增益向量計(jì)算單元304、和去偏置參數(shù)計(jì)算單元306。
SNR故障檢測(cè)單元300接收由左信道陷波濾波器204產(chǎn)生并施加到路徑206上的增強(qiáng)信號(hào)值(eL)以及未經(jīng)濾波的采樣值(nL)的噪聲分量。SNR故障檢測(cè)單元300判定增強(qiáng)信號(hào)值(eL)與未經(jīng)濾波的采樣值的噪聲分量(nL)的能量比是否低于一個(gè)閾值。如果該信噪比低于預(yù)定的下限，它通常表示陷波濾波器沒有收斂到振動(dòng)流管的基頻上。如果發(fā)現(xiàn)該信噪比不足，則通過路徑350從SNR故障檢測(cè)單元300的輸出端產(chǎn)生并輸出一個(gè)SNR故障信號(hào)。如下所述，加權(quán)自適應(yīng)單元210中的其它計(jì)算單元利用施加到路徑350中的SNR故障信號(hào)重新開始用于調(diào)整陷波濾波器和使陷波收斂到振動(dòng)流管基頻上的計(jì)算過程。下面參照?qǐng)D7詳細(xì)介紹SNR故障檢測(cè)單元300的精確計(jì)算過程和詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元302接收由左信道陷波濾波器204產(chǎn)生并通過路徑260傳輸?shù)奈唇?jīng)濾波的采樣值的噪聲分量(nL)。單元302還接收由增益向量計(jì)算單元304產(chǎn)生并通過路徑352傳輸?shù)脑鲆嫦蛄恐?K-一個(gè)兩元向量)。此外，單元302接收由去偏置參數(shù)計(jì)算單元306產(chǎn)生并通過路徑354傳輸?shù)母碌娜テ脜?shù)(α’)。然后陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元計(jì)算陷波濾波器加權(quán)(W)的更新值，并將它們通過路徑258傳輸以便由陷波濾波器204和頻率計(jì)算單元212使用。下面參照?qǐng)D6介紹陷波濾波器計(jì)算單元302的精確計(jì)算過程和詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
增益向量計(jì)算單元304接收由左信道陷波濾波器204產(chǎn)生并通過路徑260傳輸?shù)奶荻让}沖(Ψ)。單元304還接收由SNR故障檢測(cè)單元300產(chǎn)生并通過路徑350傳輸?shù)腟NR故障信號(hào)。此外，單元304接收由去偏置參數(shù)計(jì)算單元306產(chǎn)生并通過路徑356傳輸?shù)倪z忘因數(shù)(λ)。然后增益向量計(jì)算單元304計(jì)算增益向量(K)的更新值，并將它們通過路徑352傳輸以由陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元302使用。下面參照?qǐng)D5介紹增益向量計(jì)算單元304的精確計(jì)算過程和詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
去偏置參數(shù)計(jì)算單元306接收由SNR故障檢測(cè)單元300產(chǎn)生并通過路徑350傳輸?shù)腟NR故障信號(hào)。然后去偏置參數(shù)計(jì)算單元306計(jì)算去偏置參數(shù)(α)的更新值，并將其通過路徑258傳輸以由陷波濾波器204使用。去偏置參數(shù)計(jì)算單元306還計(jì)算一個(gè)更新的去偏置參數(shù)(α’)，并將其通過路徑354傳輸以由陷波濾波器計(jì)算單元302使用。此外，去偏置參數(shù)計(jì)算單元306計(jì)算一個(gè)更新的遺忘因數(shù)(λ)，并將其通過路徑356傳輸以由增益向量計(jì)算單元304使用。下面參照?qǐng)D8介紹去偏置參數(shù)計(jì)算單元306的精確計(jì)算過程和詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖2所示的頻率計(jì)算單元212被分解成兩個(gè)子單元來表示，即Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算單元308和半窗長(zhǎng)系數(shù)傳輸管線310。
Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算單元308接收由加權(quán)自適應(yīng)單元210確定并施加到路徑258中的陷波濾波器加權(quán)。然后Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算單元308確定復(fù)數(shù)形式的Goertzel濾波器加權(quán)(B’)，而且確定用離散采樣信號(hào)值表示和包含在陷波濾波器加權(quán)中的流管傳感器正弦輸出信號(hào)的頻率(Ω’)。如此確定的兩種信號(hào)值都是在每個(gè)半窗長(zhǎng)末尾計(jì)算的，如圖2中時(shí)鐘214通過路徑274施加的半窗長(zhǎng)信號(hào)所示。如此確定的Goertzel加權(quán)和頻率施加到路徑358中以由半窗系數(shù)傳輸管線310使用。下面參照?qǐng)D9介紹Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算單元308的精確計(jì)算和詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
半窗系數(shù)傳輸管線310接收由Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算單元308按照上述方式計(jì)算出的Goertzel濾波器加權(quán)(B’)和頻率(Ω’)。然后半窗系數(shù)傳輸管線310調(diào)整這些計(jì)算值(B’和Ω’)的時(shí)標(biāo)以使它們與重疊半窗的兩種并行計(jì)算中的一種相關(guān)聯(lián)。下面參照?qǐng)D10介紹半窗系數(shù)傳輸管線310的精確計(jì)算過程和詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
如上所述，圖3中所示單元所進(jìn)行的計(jì)算(以及下面所討論的其它特征)最好是采用浮點(diǎn)算法進(jìn)行以在很寬的數(shù)值精度范圍內(nèi)保持準(zhǔn)確度。浮點(diǎn)運(yùn)算功能可以由圖20所示信號(hào)處理器2000中的硬件執(zhí)行，或者可以由處理器2000利用軟件集合函數(shù)模擬進(jìn)行。對(duì)于本發(fā)明的各種應(yīng)用來說，性能和成本因素將決定浮點(diǎn)硬件和軟件之間的選擇。第一實(shí)例實(shí)施例-陷波濾波器圖4進(jìn)一步詳細(xì)表示圖3所示自適應(yīng)陷波濾波器204所執(zhí)行的功能和計(jì)算。分別與左信道和右信道相關(guān)的兩個(gè)自適應(yīng)陷波濾波器204在結(jié)構(gòu)上和所執(zhí)行的運(yùn)算方面是相同的。左信道自適應(yīng)陷波濾波器204接收從路徑254輸入的抽選離散采樣傳感器信號(hào)值，并將經(jīng)過濾波的結(jié)果輸出到路徑260中。右信道自適應(yīng)陷波濾波器204接收從路徑256輸入的抽選離散采樣傳感器信號(hào)值，并將經(jīng)過濾波的結(jié)果輸出到路徑262中。
自適應(yīng)陷波濾波器204還通過路徑258接收從圖3所示的加權(quán)計(jì)算單元210輸出的當(dāng)前的加權(quán)(W，一個(gè)表示為W1、W2的兩元向量)和去偏置參數(shù)(α)。自適應(yīng)陷波濾波器204通過將去偏置參數(shù)從路徑258傳輸?shù)角蠓e點(diǎn)446的兩個(gè)輸入端而產(chǎn)生去偏置參數(shù)的平方值(α2)，其輸出施加到路徑488中。
圖4所示自適應(yīng)陷波濾波器204中用虛線框標(biāo)記的一部分單元用于計(jì)算輸入信號(hào)采樣值的梯度(Ψ，表示為Ψ1，Ψ2的一個(gè)兩元向量)。這樣計(jì)算出的梯度值經(jīng)路徑260施加到左信道的自適應(yīng)陷波濾波器204。圖3中所示的加權(quán)自適應(yīng)單元210利用這個(gè)梯度值計(jì)算從路徑254接收的下一個(gè)采樣值的更新的陷波濾波器加權(quán)。圖4所示虛線框中的單元用于計(jì)算不被右信道自適應(yīng)陷波濾波器204使用的梯度。
圖4中所示自適應(yīng)陷波濾波器204確定在離散采樣輸入值中存在的噪聲。通過從輸入信號(hào)值中減去噪聲信號(hào)值得到增強(qiáng)的濾波信號(hào)值，并從路徑260輸出。自適應(yīng)陷波濾波器203利用如下所述的一種二級(jí)濾波器多項(xiàng)式和矩陣算法確定增強(qiáng)信號(hào)值e(其中在下列方程中使用的變量(t)指示相對(duì)于采樣周期“t”的變量值)x(t) 從路徑254接收的輸入信號(hào)值(對(duì)于右信道為256)A(t)＝diag(α(t)，α(t)2)去偏置對(duì)角矩陣W(t)＝[W1(t)，W2(t)]加權(quán)向量Y(t)＝[y(t-1)，y(t-2)]遞歸濾波器狀態(tài)向量y(t)＝x(t)+W(t)A(t)Y(t) 中間運(yùn)算n(t)＝y(tǒng)(t)-W(t)Y(t) 從輸入信號(hào)x中分離的噪聲信號(hào)e(t)＝x(t)-n(t) 增強(qiáng)信號(hào)，輸入信號(hào)x-噪聲信號(hào)n圖4所示偽電路以電路和計(jì)算單元的形式描述了這些方程。求和點(diǎn)400將路徑254上(對(duì)于右信道為路徑256)的輸入信號(hào)值x與路徑452上的中間運(yùn)算值(如上所述表示為WAY)相加以產(chǎn)生上述的y＝x+WAY，并施加到路徑450中。路徑450中的y值被輸入到延遲電路408中，以將其延遲一個(gè)采樣時(shí)鐘周期(CLK)，然后將其從路徑460輸出。路徑460中已經(jīng)被延遲一次的y值被輸入到延遲電路436中以將其延遲第二個(gè)采樣時(shí)鐘周期(CLK)，然后將其施加到路徑468中。路徑460中延遲一次的y值和路徑468中延遲兩次的y值表示上述的向量Y。
去偏置對(duì)角矩陣A由分別施加在路徑258和488中的去偏置參數(shù)和它的平方(α和α2)構(gòu)成。路徑460和468上的向量Y分別通過求積點(diǎn)406和434與施加到路徑258和488上的去偏置對(duì)角矩陣A相乘，以分別在路徑458和470中產(chǎn)生AY。接著將這個(gè)乘積分別通過求積點(diǎn)404和432與加權(quán)向量W相乘，以分別在路徑456和454上產(chǎn)生中間運(yùn)算值。路徑456和454上的這兩個(gè)中間運(yùn)算值分別傳輸?shù)角蠛忘c(diǎn)402以便如上所述在路徑452上產(chǎn)生標(biāo)量值WAY。
路徑460和468上的向量Y還分別通過求積點(diǎn)414和438與路徑258上的加權(quán)向量W相乘，以便在路徑464和466上產(chǎn)生中間運(yùn)算值。路徑464和466上的兩個(gè)中間值通過求和點(diǎn)416相加以便在路徑462上產(chǎn)生WY值。
求和點(diǎn)412將路徑462上的WY值從路徑450上的y值中減去以便在路徑470上產(chǎn)生噪聲值n＝y(tǒng)-WY。在左信道的自適應(yīng)陷波濾波器204中，這個(gè)值表示輸入采樣值x的噪聲部分n被施加到路徑260中以由圖3所示的加權(quán)自適應(yīng)單元210使用。
求和點(diǎn)410將路徑470中的噪聲值n從路徑254(對(duì)于右信道為路徑256)中的輸入采樣值x減去以便在路徑260(對(duì)于右信道為路徑262)中產(chǎn)生增強(qiáng)信號(hào)值e＝x-n。如下所述，增強(qiáng)信號(hào)值被用于其后的相位計(jì)算單元206和加權(quán)自適應(yīng)單元210中。
除了噪聲值n、和增強(qiáng)信號(hào)值e，自適應(yīng)陷波濾波器204還計(jì)算梯度向量Ψ，如路徑260上的Ψ1和Ψ2。自適應(yīng)陷波濾波器204利用下列的二級(jí)濾波器多項(xiàng)式和矩陣算法確定梯度向量ΨF(t)＝[f(t-1)，f(t-2)]T遞歸濾波器狀態(tài)向量f(t)＝n(t)+W(t)A(t)F(t)中間運(yùn)算Ψ(t)＝Y(jié)(t)-A(t)F(t) 梯度向量求和點(diǎn)418將在其輸入路徑470中的噪聲值n與在其輸入路徑474中的中間計(jì)算值WAF相加，以在路徑472中產(chǎn)生f＝n+WAF。路徑472中的f值輸入到延遲電路420中以將其延遲一個(gè)采樣時(shí)鐘周期(CLK)，然后從路徑476輸出。將路徑476中已經(jīng)延遲一次的f值輸入到延遲電路430中以將其延遲第二個(gè)采樣時(shí)鐘周期(CLK)，然后將其從路徑484輸出。路徑476中經(jīng)過一次延遲的f值和路徑484中經(jīng)過兩次延遲的f值表示上述向量F。
路徑476和484中的向量F分別通過求積點(diǎn)426和442與施加到路徑258和488中的去偏置對(duì)角矩陣A相乘，以分別在路徑478和486中產(chǎn)生AF。這個(gè)乘積又分別通過求積點(diǎn)424和440與施加到路徑258中的加權(quán)向量W相乘，以分別在路徑480和482中產(chǎn)生中間計(jì)算值。路徑480和482中的這兩個(gè)中間計(jì)算值分別被施加到求和點(diǎn)422中以在路徑474中產(chǎn)生上述的標(biāo)量值WAF。
通過求和點(diǎn)428和444將路徑478和486中的中間乘積AF從路徑460和468中的Y向量中減去，以產(chǎn)生梯度向量Ψ(Ψ1，Ψ2)＝Y(jié)-AF，并將其施加到路徑260中。圖3所示加權(quán)自適應(yīng)單元210利用路徑260中的梯度向量計(jì)算更新的陷波濾波器加權(quán)。
左信道和右信道自適應(yīng)陷波濾波器204都按上述方式工作。在右信道中無需進(jìn)行路徑206中梯度向量Ψ和噪聲值n的計(jì)算，所以在右信道中可以略去一個(gè)計(jì)算步驟。加權(quán)計(jì)算單元210僅僅利用從左信道施加到路徑260中的信號(hào)值來調(diào)整兩個(gè)陷波濾波器204的加權(quán)。右信道中只有增強(qiáng)信號(hào)值e被使用，并施加到路徑262中由相位計(jì)算單元206使用。第一示例實(shí)施例-加權(quán)自適應(yīng)圖3所示的加權(quán)自適應(yīng)單元210接收由左信道的自適應(yīng)陷波濾波器204產(chǎn)生并施加到路徑260中的增強(qiáng)信號(hào)值eL、未經(jīng)濾波的輸入信號(hào)的噪聲部分nL、和梯度Ψ。然后加權(quán)自適應(yīng)單元210確定加權(quán)向量W和去偏置參數(shù)α，并將它們施加到路徑258中以為將在自適應(yīng)陷波濾波器204中處理的下一個(gè)離散采樣值調(diào)整兩個(gè)信道的陷波濾波器。為了使對(duì)加權(quán)自適應(yīng)功能的描述簡(jiǎn)單化，將加權(quán)自適應(yīng)單元210分解成四個(gè)子單元，每一個(gè)子單元執(zhí)行總計(jì)算的一部分，亦即SNR故障檢測(cè)單元300、陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元302、增益向量計(jì)算單元304、和去偏置參數(shù)計(jì)算單元306。
在圖7中進(jìn)一步詳細(xì)表示的SNR故障檢測(cè)單元300接收由左信道陷波濾波器204產(chǎn)生并施加到路徑260中的增強(qiáng)信號(hào)值(eL)和未經(jīng)濾波的采樣值的噪聲部分(nL)。SNR故障檢測(cè)單元300判定增強(qiáng)信號(hào)值(eL)與未經(jīng)濾波的采樣值的噪聲部分(nL)之間的能量比值是否低于上述的一個(gè)閾值。SNR故障檢測(cè)單元300更加詳細(xì)地表示在圖7中。
圖7中所示的SNR故障檢測(cè)單元300通過將噪聲信號(hào)能量相加和將消除噪聲的信號(hào)能量相加，然后將兩個(gè)值的比值與一個(gè)預(yù)定的閾值比較來確定信噪比。SNR故障檢測(cè)單元通過路徑260從左信道中接收增強(qiáng)信號(hào)值eL和噪聲信號(hào)nL。
該噪聲信號(hào)值被施加到求積點(diǎn)700的兩個(gè)輸入端以產(chǎn)生噪聲信號(hào)的平方n2，并將其施加到路徑750中。路徑750中的n2值被施加到一個(gè)2∶1多路調(diào)制器704的一個(gè)輸入端和求和點(diǎn)706的一個(gè)輸入端。多路調(diào)制器704的輸出通過路徑758施加到寄存器712的輸入端。當(dāng)寄存器712由CLK采樣時(shí)鐘信號(hào)計(jì)時(shí)時(shí)，它存儲(chǔ)輸入的值。寄存器712中的當(dāng)前值通過路徑764輸出到求和點(diǎn)706的另一個(gè)輸入端。求和點(diǎn)706的求和結(jié)果通過路徑754輸出到多路調(diào)制器704的另一個(gè)輸入端。在每半個(gè)窗長(zhǎng)周期開始處，如在路徑274中傳輸信號(hào)那樣，多路調(diào)制器704選擇接收路徑750中的n2值的輸入端，以重新開始對(duì)新的一個(gè)半窗長(zhǎng)周期的噪聲能量求和。對(duì)于在這個(gè)半窗長(zhǎng)周期中的所有其它采樣值，多路調(diào)制器704選擇與路徑754相連的輸入端以積累噪聲能量。對(duì)于半窗長(zhǎng)周期中的每個(gè)采樣值積累的噪聲能量都累計(jì)在寄存器712中，并且當(dāng)前累計(jì)的和值通過路徑764施加到寄存器712的輸出端。積累求和在每個(gè)新的半窗長(zhǎng)周期重新開始。
通過求平方和累計(jì)從路徑260接收的增強(qiáng)信號(hào)值，以相同方式積累消除噪聲的信號(hào)能量。消除噪聲的信號(hào)能量是由求積點(diǎn)702、求和點(diǎn)710、多路調(diào)制器708和寄存器714通過路徑752、756、760和762按照與上述積累噪聲能量相同方式的操作累計(jì)的。在采樣值的各個(gè)半窗長(zhǎng)周期積累的消除噪聲的信號(hào)能量通過路徑762施加到寄存器714的輸出端。
計(jì)算單元716通過路徑764接收積累的噪聲能量并通過路徑762接收積累的消除噪聲的能量，并將這些值與預(yù)定的閾值比較。積累的消除噪聲的能量值與積累的噪聲能量值之間的比值就是信噪比。如果這個(gè)比值下降到低于一個(gè)預(yù)定的閾值，則表明檢測(cè)到一種信噪比故障狀態(tài)，并且將一個(gè)指示信號(hào)施加到計(jì)算單元716的輸出端。
故障定時(shí)單元718通過路徑766接收由計(jì)算單元716產(chǎn)生的故障狀態(tài)信號(hào)和通過路徑274接收半窗長(zhǎng)信號(hào)。如果在輸入路徑766中檢測(cè)到一個(gè)故障狀態(tài)信號(hào)，故障定時(shí)單元718通過路徑350將一個(gè)脈沖信號(hào)施加到SNRFAULT。路徑350中的SNR故障信號(hào)由加權(quán)自適應(yīng)單元210中的另一個(gè)子單元檢測(cè)，以強(qiáng)制重新設(shè)置各種陷波參數(shù)計(jì)算。在將一個(gè)信號(hào)施加到SNRFAULT之后，故障定時(shí)單元718保持一個(gè)寬限時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間里沒有其它的信號(hào)通過路徑350施加到SNR FAULT。設(shè)置這個(gè)寬限時(shí)間的目的是為了使陷波濾波器參數(shù)有一段時(shí)間重新收斂到振動(dòng)流管的基頻上。故障定時(shí)單元718還在電源接通初始化過程中保持一段寬限時(shí)間，以使陷波濾波器能夠收斂到基頻上。電源接通初始化過程中的這段寬限時(shí)間最好為大約100半窗長(zhǎng)。在SNR FAULT檢測(cè)之后的寬限時(shí)間最好大約為66半窗長(zhǎng)。
在圖6中更加詳細(xì)表示的陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元302接收由左信道陷波濾波器204產(chǎn)生并施加到路徑260中的未經(jīng)濾波的采樣值的噪聲分量(nL)。單元302還接收由增益向量計(jì)算單元304產(chǎn)生并施加到路徑352中的增益向量值(K)。此外，單元302接收由去偏置參數(shù)計(jì)算單元306產(chǎn)生并施加到路徑354中的更新的去偏置參數(shù)(α’)。然后陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元302計(jì)算陷波濾波器加權(quán)(W)的更新值，并將它們施加到路徑258中供陷波濾波器204和頻率計(jì)算單元212使用。
陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元302利用下列的矩陣運(yùn)算確定自適應(yīng)陷波濾波器204的加權(quán)WW’(t)＝W(t)+n(t)K(t)如果穩(wěn)定，則采用更新的加權(quán)向量，否則為W’(t)＝W(t) 如果不穩(wěn)定，則不更新加權(quán)值求積點(diǎn)602和604將路徑352中的增益向量K(K1，K2)與從路徑260中接收的信號(hào)采樣值的噪聲分量相乘以在路徑650和656中產(chǎn)生乘積nK。路徑650中的乘積被施加到求和點(diǎn)606。輸入到求和點(diǎn)606的另一個(gè)信號(hào)是路徑652中的以前計(jì)算的加權(quán)W1。求和點(diǎn)606的輸出為W1+nK1，并通過路徑654施加到多路調(diào)制器616中正常選擇的輸入端。多路調(diào)制器616的輸出通過路徑670施加到多路調(diào)制器624中正常選擇的輸入端。這個(gè)輸入值通常通過多路調(diào)制器624，經(jīng)由輸出路徑674傳輸?shù)窖舆t電路620的輸入端，并且作為下一個(gè)更新值W1’(其中Wx’表示用于下一個(gè)接收的采樣值的加權(quán)Wx)傳輸?shù)娇偩€258中以用于單元308的Goertzel加權(quán)值的計(jì)算中。經(jīng)過延遲電路620延遲一次的系數(shù)(W1)被作為陷波濾波器204所用的加權(quán)W1施加到總線258中。與路徑676相連的、通常未被選擇的多路調(diào)制器624的輸入端由一個(gè)系統(tǒng)RESET信號(hào)選擇以施加零值作為W1加權(quán)值的初始值。
路徑656中的部分乘積被施加到求和點(diǎn)608。求和點(diǎn)608的另一個(gè)輸入信號(hào)是路徑666中的以前計(jì)算的加權(quán)值W2。求和點(diǎn)608的輸出為W2+nK2，并通過路徑660施加到多路調(diào)制器618的通常選擇的輸入端。多路調(diào)制器618的輸出通過路徑672施加到多路調(diào)制器626中通常選擇的輸入端。這個(gè)輸入值通常通過多路調(diào)制器626經(jīng)由輸出路徑676傳輸?shù)窖舆t電路622的輸入端，并且作為用于單元308的Goertzel加權(quán)計(jì)算中的下一個(gè)W2’更新值施加到總線258中。經(jīng)過延遲電路622一次延遲的系數(shù)(W2)作為陷波濾波器204所用的W2施加到總線258中。與路徑678相連的、多路調(diào)制器626的通常不選擇的輸入端用一個(gè)系統(tǒng)RESET信號(hào)選擇以施加一個(gè)負(fù)1值(-1)作為加權(quán)W2的初始值。
求積點(diǎn)600從與兩個(gè)輸入端相連的路徑354接收更新的去偏置參數(shù)α’(其中α’表示用于下一個(gè)接收的采樣值的α值)，并在它的輸出路徑658中產(chǎn)生平方值α’2。求積點(diǎn)610接收路徑354中的去偏置參數(shù)α’作為一個(gè)輸入值并接收路徑654中的更新值W1作為另一個(gè)輸入值，并在其輸出端662產(chǎn)生乘積α’W1。求積點(diǎn)612接收路徑658中的去偏置參數(shù)的平方α’2作為一個(gè)輸入值并接收路徑660中的更新加權(quán)值W2作為另一個(gè)輸入值，并在其輸出端664產(chǎn)生乘積α’2W2。穩(wěn)定性測(cè)試單元614接收路徑662中的第一參數(shù)X＝α’W1和路徑664中的第二參數(shù)Y＝α’2W2。穩(wěn)定性測(cè)試單元614評(píng)估X和Y參數(shù)，如果測(cè)試條件得到滿足，則產(chǎn)生一個(gè)輸出1信號(hào)。如果，而且僅僅如果|Y|＜1和|X|＜(1-Y)穩(wěn)定性測(cè)試輸出一個(gè)1信號(hào)。這一測(cè)試約束陷波濾波器在單位周期中的極點(diǎn)以確保陷波濾波器204的穩(wěn)定性，從而保證了最終的質(zhì)量流量測(cè)量結(jié)果的有效性。穩(wěn)定性測(cè)試單元614的輸出通過路徑668施加到多路調(diào)制器616和618的選定輸入端。多路調(diào)制器616和618的通常不選擇的輸入端分別接收以前計(jì)算的W1和W2值。如果這個(gè)更新的陷波濾波器加權(quán)使得單元614進(jìn)行的穩(wěn)定性測(cè)試失敗，則由測(cè)試單元614在其輸出路徑668中產(chǎn)生一個(gè)零輸出信號(hào)。多路調(diào)制器616和618響應(yīng)路徑668中的零輸出信號(hào)分別將它們各自的路徑652和666上的通常不選擇的輸入端的輸入值分別施加到它們的輸出路徑670和672，從而使以前計(jì)算的相應(yīng)系數(shù)值重新用于將要進(jìn)行處理的下一個(gè)采樣值。換句話說，只要穩(wěn)定性測(cè)試單元614指示計(jì)算不穩(wěn)定，則加權(quán)向量仍保持其最后一個(gè)穩(wěn)定的計(jì)算值。這種測(cè)試消除了與不穩(wěn)定的陷波濾波器加權(quán)計(jì)算相關(guān)的數(shù)值問題，還有助于當(dāng)陷波濾波器收斂在振動(dòng)流管的基頻變化范圍時(shí)產(chǎn)生的短暫的不穩(wěn)定時(shí)間里防止產(chǎn)生非常錯(cuò)誤的流率計(jì)算。
圖5中進(jìn)一步詳細(xì)表示的增益向量計(jì)算單元304接收由左信道陷渡濾波器204產(chǎn)生并施加到路徑260中的梯度(Ψ)。單元304還接收由SNR故障檢測(cè)單元300產(chǎn)生并施加到路徑350中的SNR FAULT信號(hào)。此外，單元304接收由去偏置參數(shù)計(jì)算單元306產(chǎn)生并施加到路徑356中的遺忘因數(shù)(λ)。然后增益向量計(jì)算單元304計(jì)算增益向量(K)的更新值，并將它們施加到路徑352中供陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元302使用。
圖5中進(jìn)一步詳細(xì)表示的增益向量計(jì)算單元304接收路徑260中的梯度向量(Ψ)、路徑356中的遺忘因數(shù)(λ)和路徑350中的SNR FAULT信號(hào)，計(jì)算增益向量(K1，K2)并將計(jì)算出的增益向量施加到路徑352中供進(jìn)一步處理。圖5中所示的計(jì)算單元一般對(duì)它們的各個(gè)輸入值進(jìn)行矩陣運(yùn)算以產(chǎn)生一個(gè)輸出的標(biāo)量計(jì)算值或向量。增益向量計(jì)算單元304利用下列的矩陣運(yùn)算確定增益向量KK(t)＝QT(t)/(λ(t)+Ψ(t)TQ(t)) 更新的增益向量Q(t)＝P(t)Ψ(t) 中間計(jì)算向量P’(t)＝(P(t)-Q(t)K(t))/λ(t) 下一個(gè)協(xié)方差矩陣計(jì)算單元500通過路徑260接收梯度向量Ψ并通過路徑552從延遲電路514中接收當(dāng)前的協(xié)方差矩陣(P)。從圖5中可見，載有表示協(xié)方差矩陣(P)的信號(hào)的路徑中有三個(gè)信號(hào)。這表示2×2協(xié)方差矩陣的對(duì)稱性。這個(gè)2×2協(xié)方差矩陣(P)的兩個(gè)非對(duì)角陣元總是相等的。所以在實(shí)施本發(fā)明時(shí)僅僅需要表示三個(gè)值(不管是在圖5所示的偽電路中，還是在DSP軟件優(yōu)選實(shí)施例中)。然后計(jì)算單元500計(jì)算中間乘積Q＝PΨ并將Q值施加到路徑550中。計(jì)算單元502接收路徑550中的中間Q向量、路徑260中的梯度向量Ψ、和路徑356中的遺忘因數(shù)λ，計(jì)算增益向量K(K1，K2)，并將增益向量施加到路徑352中以進(jìn)一步進(jìn)行處理。
單元504接收路徑552中的當(dāng)前協(xié)方差矩陣的當(dāng)前值、路徑352中的當(dāng)前增益向量K、路徑550中的當(dāng)前Q向量，計(jì)算一個(gè)新的協(xié)方差矩陣P’＝(P-QK)/λ，并將新的協(xié)方差矩陣P’施加到路徑554中用作處理所接收的下一個(gè)采樣值時(shí)的協(xié)方差矩陣P。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)或者當(dāng)檢測(cè)到SNR FAULT狀態(tài)時(shí)，利用多路調(diào)制器508和512重新設(shè)置單元504進(jìn)行的運(yùn)算。多路調(diào)制器508通常將在它的輸入路徑554中的這個(gè)新協(xié)方差矩陣施加到它的輸出路徑558中。當(dāng)一個(gè)SNR FAULT信號(hào)被施加到路徑350中時(shí)，多路調(diào)制器508選擇它的另一個(gè)輸入路徑556以將一個(gè)初始矩陣值(PSNR)施加到它的輸出路徑558中。多路調(diào)制器512通常將在它的輸入路徑558中的值施加到它的輸出路徑562中作為延遲寄存器514的輸入值。如果施加了一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，多路調(diào)制器512選擇它的另一個(gè)輸入路徑560以將一個(gè)初始矩陣值(PINIT)施加到它的輸出路徑562中。換句話說，如果檢測(cè)到一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)或者一個(gè)SNR FAULT狀態(tài)，則重新設(shè)置協(xié)方差矩陣計(jì)算。否則，下一個(gè)協(xié)方差矩陣(用于接收的下一個(gè)采樣值的矩陣P’)的計(jì)算值為施加到路徑554中通過多路調(diào)制器508和512到達(dá)路徑562中的以前的協(xié)方差矩陣(P)的函數(shù)。在接收到下一個(gè)采樣值進(jìn)行處理例如由一個(gè)CLK脈沖進(jìn)行信號(hào)調(diào)制之前，延遲電路514延遲將其輸入值施加到路徑562中，然后將它的存儲(chǔ)值施加到它的輸出路徑552中作為協(xié)方差計(jì)算單元504的輸入值。
圖8中更加詳細(xì)表示的去偏置參數(shù)計(jì)算單元306接收由SNR故障檢測(cè)單元300產(chǎn)生并施加到路徑350中的SNR FAULT信號(hào)。然后去偏置參數(shù)計(jì)算單元306計(jì)算去偏置參數(shù)(α)的更新值，并將其施加到路徑258中以由陷波濾波器204使用。去偏置參數(shù)計(jì)算單元306還計(jì)算用于下一個(gè)采樣值的更新的去偏置參數(shù)(α’)，并將其施加到路徑354中供陷波濾波器加權(quán)計(jì)算單元302使用。此外，去偏置參數(shù)計(jì)算單元306計(jì)算一個(gè)更新的遺忘因數(shù)(λ)，并將其施加到路徑356中以供增益向量計(jì)算單元304使用。
去偏置參數(shù)計(jì)算單元306按照如下運(yùn)算確定去偏置參數(shù)和遺忘因數(shù)α’(t)＝α(t)αDECAY+αADDER更新的去偏置參數(shù)計(jì)算λ(t)＝λ’(t-1)λDECAY+λADDER更新的遺忘因數(shù)計(jì)算寄存器800、802、804和806中分別包含用于遺忘因數(shù)λ計(jì)算中的數(shù)值。2∶1多路調(diào)制器818從路徑356接收一個(gè)輸入值，在所說路徑中施加有先前的遺忘因數(shù)λ。通常選擇多路調(diào)制器818將這個(gè)值經(jīng)由輸出路徑872傳輸?shù)?∶1多路調(diào)制器820的一個(gè)輸入端。通常選擇多路調(diào)制器820將這個(gè)值經(jīng)由輸出路徑874傳輸?shù)郊拇嫫?26的輸入端。寄存器826中包含這個(gè)先前的遺忘因數(shù)λ，直到它的時(shí)鐘線由CLK信號(hào)脈沖調(diào)制。寄存器826中的這個(gè)值施加到其輸出端，并經(jīng)由路徑858傳輸?shù)角蠓e點(diǎn)828的一個(gè)輸入端。求積點(diǎn)828的另一個(gè)輸入端是路徑852，它接收存儲(chǔ)在寄存器802中的λDECAY值。求積點(diǎn)828所得乘積λ·λDECAY被施加到它的輸出路徑860和求和點(diǎn)830的一個(gè)輸入端。求和點(diǎn)830的另一個(gè)輸入端是路徑850，它接收存儲(chǔ)在寄存器800中的λADDER值。求和點(diǎn)830所得和值作為更新的遺忘因數(shù)λ＝λ·λDECAY+λADDER被施加到路徑356中。
當(dāng)將SNR FAULT信號(hào)施加到路徑350中時(shí)，多路調(diào)制器818選擇它在路徑854中的輸入端，該輸入端接收存儲(chǔ)在寄存器804中的λSNR值。然后將這個(gè)值施加到多路調(diào)制器818的輸出路徑872中并替代通常選擇用于下一個(gè)值的正常計(jì)算的先前的遺忘因數(shù)。如上所述，無論何時(shí)檢測(cè)到SNRFAULT狀態(tài)，這個(gè)預(yù)先確定的值就重新設(shè)置路徑356中遺忘因數(shù)λ的計(jì)算。這個(gè)預(yù)先確定的遺忘因數(shù)重新開始自適應(yīng)陷波濾波器的計(jì)算以強(qiáng)制使之收斂到振動(dòng)流管的基頻上。
當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)寬RESET信號(hào)施加到多路調(diào)制器820時(shí)，該多路調(diào)制器選擇它在路徑856上的輸入端，它接收存儲(chǔ)在寄存器806中的λINIT值。然后將這個(gè)值施加到多路調(diào)制器820的輸出路徑874，并替代用于下一個(gè)值的正常計(jì)算的過去的遺忘因數(shù)。這個(gè)預(yù)先確定的遺忘因數(shù)開始自適應(yīng)陷波濾波器的計(jì)算以強(qiáng)制使之收斂到振動(dòng)流管的基頻上。
寄存器808、810、812和832均包含用于去偏置參數(shù)α的計(jì)算的數(shù)值。2∶1多路調(diào)制器834從路徑354接收一個(gè)輸入值，在路徑354中施加有先前的去偏置參數(shù)α。通常選擇多路調(diào)制器834將這個(gè)值施加到輸出路徑878中并傳輸?shù)蕉嗦氛{(diào)制器814的輸入端。接著，通常選擇多路調(diào)制器814將這個(gè)值傳輸?shù)捷敵雎窂?68中并施加到寄存器816的輸入端。寄存器816保存去偏置參數(shù)α的這個(gè)過去值，直到它的時(shí)鐘線由CLK信號(hào)脈沖調(diào)制。寄存器816中的值被施加到它在路徑258上的輸出端，并傳輸?shù)綀D3所示求積點(diǎn)822的一個(gè)輸入端和自適應(yīng)陷波濾波器204中。多路調(diào)制器822的另一個(gè)輸入端是路徑864，它接收存儲(chǔ)在寄存器810中的αDECAY值。求積點(diǎn)822所得乘積α·αDECAY被施加到它的輸出路徑866和求和點(diǎn)824的一個(gè)輸入端。求和點(diǎn)824的另一個(gè)輸入端是路徑862，它接收存儲(chǔ)在寄存器808中的αADDER值。求和點(diǎn)824所得和值被作為更新的去偏置參數(shù)α’＝α·αDECAY+αADDER施加到路徑354中。
當(dāng)SNR FAULT信號(hào)施加到路徑350中時(shí)，多路調(diào)制器834選擇它在路徑876上的輸入端，其接收存儲(chǔ)在寄存器832中的αSNR值。然后將這個(gè)值施加到多路調(diào)制器834的輸出路徑878中并替代通常用于下一個(gè)值的正常計(jì)算的先前的去偏置參數(shù)。如上所述，無論何時(shí)檢測(cè)到SNR FAULT狀態(tài)，這個(gè)預(yù)先確定的值重新設(shè)置路徑354中去偏置參數(shù)α的計(jì)算。這個(gè)預(yù)先確定的去偏置參數(shù)重新開始自適應(yīng)陷波濾波器的計(jì)算以強(qiáng)制使之收斂到振動(dòng)流管的基頻上。
當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)寬RESET信號(hào)施加到多路調(diào)制器814時(shí)，該多路調(diào)制器選擇它在路徑870上的輸入端，它接收存儲(chǔ)在寄存器812中的αINIT值。然后將這個(gè)值施加到多路調(diào)制器814的輸出路徑868，并替代用于下一個(gè)值的正常計(jì)算的先前的去偏置參數(shù)值。這個(gè)預(yù)先確定的去偏置參數(shù)開始自適應(yīng)陷波濾波器的計(jì)算以強(qiáng)制使之收斂到振動(dòng)流管的基頻上。第一示例實(shí)施例-頻率計(jì)算圖3所示的頻率計(jì)算單元212被分解成兩個(gè)子單元，即Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算單元308和半窗系數(shù)傳輸管線310。
圖9中更加詳細(xì)表示的Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算單元308接收由加權(quán)計(jì)算單元210的運(yùn)算確定并施加到路徑258中的陷波濾波器加權(quán)。然后Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算單元308確定復(fù)數(shù)形式的Goertzel濾波器加權(quán)(B’)，并確定流管傳感器正弦輸出信號(hào)的頻率(Ω’)，這個(gè)正弦輸出信號(hào)由離散采樣信號(hào)值表示并包含在陷波濾波器加權(quán)中。如由圖2中時(shí)鐘214施加到路徑274中的半窗長(zhǎng)信號(hào)所示，如此確定的兩個(gè)值都是在每個(gè)半窗長(zhǎng)周期末尾計(jì)算出的。如此確定的Goertzel加權(quán)和頻率被施加到路徑358中以由半窗系數(shù)傳輸管線310使用。
求和點(diǎn)900接收從路徑258輸入的下一個(gè)陷波濾波器加權(quán)W1’，并從路徑966接收寄存器916的輸出作為另一個(gè)輸入值。所產(chǎn)生的和值施加到路徑950并作為2∶1多路調(diào)制器904的輸入。多路調(diào)制器904的另一個(gè)輸入值為總線258中的下一個(gè)加權(quán)值(W1’)。通常選擇多路調(diào)制器904將路徑950中的這個(gè)和值從其輸入端輸入，并將這個(gè)值從其輸出端施加到路徑954中。通常選擇2∶1多路調(diào)制器912使在其輸入路徑954中的這個(gè)值通過多路調(diào)制器傳輸?shù)剿妮敵雎窂?62中。路徑962中的這個(gè)值被作為一個(gè)輸入值施加到寄存器916中，這個(gè)值在采樣時(shí)鐘CLK的每個(gè)脈沖加載。存儲(chǔ)在寄存器916中的當(dāng)前值是如上所述的加權(quán)(W1’)的累計(jì)和。在一個(gè)新的半窗長(zhǎng)周期開始時(shí)，圖2中時(shí)鐘214將一個(gè)信號(hào)施加到路徑274中的半窗中。在一個(gè)半窗長(zhǎng)周期開始時(shí)，多路調(diào)制器904被改變一個(gè)周期以便從路徑258中選擇它的另一個(gè)輸入值，從而重新開始對(duì)所接收加權(quán)的新的累計(jì)。在電源接通初始化過程中，一個(gè)系統(tǒng)寬RESET信號(hào)施加到多路調(diào)制器912中以使其從接收零(0)加權(quán)初始值的路徑958中選擇它的輸入值。從而開始對(duì)從路徑258中所接收的加權(quán)的新的累計(jì)。
求和點(diǎn)902從路徑258接收作為一個(gè)輸入值的陷波濾波器加權(quán)W2’，并從路徑968接收寄存器918的輸出作為另一個(gè)輸入值。所產(chǎn)生的和值被施加到路徑952中作為2∶1多路調(diào)制器906的一個(gè)輸入值。多路調(diào)制器906的另一個(gè)輸入值是總線258中的下一個(gè)加權(quán)(W2’)。通常選擇多路調(diào)制器906使從其輸入端輸入的路徑952中的這個(gè)和值從中通過，并將這個(gè)值施加到它的輸出路徑956中。通常選擇2∶1多路調(diào)制器914使在其輸入路徑956中的這個(gè)值從中通過，并施加到它的輸出路徑964中。路徑964中的這個(gè)值作為一個(gè)輸入值施加到寄存器918中，這個(gè)值由各個(gè)采樣時(shí)鐘信號(hào)CLK的脈沖加載。存儲(chǔ)在寄存器918中的當(dāng)前值是如上所述的加權(quán)(W2’)的累計(jì)。在一個(gè)新的半窗長(zhǎng)周期開始時(shí)，圖2所示時(shí)鐘214將一個(gè)信號(hào)施加到路徑274的半窗中。在一個(gè)半窗長(zhǎng)周期開始時(shí)，多路調(diào)制器906被改變一個(gè)周期以便從路徑258中選擇它的另一個(gè)輸入值，從而開始對(duì)所接收的加權(quán)的新的累計(jì)。在電源接通初始化過程中，將一個(gè)系統(tǒng)寬RESET信號(hào)施加到多路調(diào)制器914中以使其從接收負(fù)一(-1)初始加權(quán)值的路徑960中選擇它的輸入值。從而開始對(duì)從路徑258中所接收的加權(quán)的新的累計(jì)。
在路徑258中接收的加權(quán)(W1’)的和值通過路徑966施加到計(jì)算單元920的X輸入端。從路徑258中接收的加權(quán)(W2’)的和值通過路徑968施加到計(jì)算單元920的Y輸入端。計(jì)算單元920計(jì)算出Goertzel濾波器加權(quán)(B’0)的實(shí)部為
B’0＝X/(2sqrt(-YN))如上所述，其中X和Y為單元920的輸入端，N為在一個(gè)半窗長(zhǎng)周期中采樣值的數(shù)目。更具體地說，濾波器加權(quán)的實(shí)部等于B’0＝avg(W1’)/(2sqrt(-avg(W2’)))其中avg(x)為x在前一個(gè)半窗長(zhǎng)周期采樣的平均值。由計(jì)算單元920計(jì)算出的Goertzel濾波器加權(quán)(B’0)的實(shí)部被輸出到路徑358中供下面所述的半窗系數(shù)傳輸管線310使用。Goertzel濾波器加權(quán)的實(shí)部還施加到計(jì)算單元922的X輸入端，在這里計(jì)算出Goertzel濾波器加權(quán)(B’1)的虛部B’1＝sqrt(1-X2)其中X是上面計(jì)算出的濾波器加權(quán)的實(shí)部。由計(jì)算單元922計(jì)算出的Goertzel濾波器加權(quán)(B’1)的虛部被施加到路徑358中供下面所述的半窗系數(shù)傳輸管線310使用。此外，Goertzel濾波器加權(quán)的實(shí)部被施加到計(jì)算單元924的X輸入端，由其計(jì)算振動(dòng)流管的基頻Ω’＝cos-1X其中X為如上計(jì)算的濾波器加權(quán)的實(shí)部。由計(jì)算單元924計(jì)算出的基頻(Ω’)被施加到路徑358中供如下所述的半窗系數(shù)傳輸管線310使用。
可以指出，當(dāng)計(jì)算單元920、922和924各自的輸入值在一定的適合范圍之外時(shí)，它們的計(jì)算結(jié)果是不確定的。這些計(jì)算的輸出值僅僅用于Hanning窗口的邊界處，在這個(gè)時(shí)刻，可以確保這些輸入值適合于各種計(jì)算。因此，圖9示意圖所表示的這些不確定的計(jì)算結(jié)果實(shí)際上沒有什么關(guān)聯(lián)。在陷波濾波器的某些誤差狀態(tài)下，這些計(jì)算結(jié)果在半窗邊界處可能是無效的。但是，如上所述在幾個(gè)半窗周期內(nèi)檢測(cè)到并校正這種濾波器誤差。實(shí)際上，這些誤差對(duì)于Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算的影響可以忽略。在本發(fā)明的生產(chǎn)應(yīng)用中，這樣一種狀態(tài)可以檢測(cè)到并加以標(biāo)記以指示流量測(cè)量值暫時(shí)是無用的。如上所述，圖9所示的偽電路僅僅用于幫助理解本發(fā)明的方法以及相關(guān)的運(yùn)算。
在圖10中更加詳細(xì)表示的半窗系數(shù)傳輸管線310接收如上所述由Goertzel濾波器加權(quán)計(jì)算單元308計(jì)算出的Goertzel濾波器加權(quán)(B’＝B’0，B’1)和頻率(Ω’)。由單元308的運(yùn)算計(jì)算出的這些值對(duì)應(yīng)于用于計(jì)算加權(quán)和頻率的半窗周期采樣值。然后半窗系數(shù)傳輸管線310調(diào)整計(jì)算值(B’和Ω’)的時(shí)標(biāo)以使它們與用于重疊半窗的兩種并行相位計(jì)算中的一種相關(guān)。使用Goertzel濾波器計(jì)算每個(gè)采樣值半窗周期的開窗DTFT。但是，計(jì)算開窗DTFT要求對(duì)采樣值的求和在一個(gè)完整窗長(zhǎng)中完成。所以，如在本申請(qǐng)其它部分所述，使用兩個(gè)Goertzel濾波器進(jìn)行并行計(jì)算。第一個(gè)濾波器進(jìn)行第一個(gè)半窗長(zhǎng)所需計(jì)算。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)半窗長(zhǎng)計(jì)算完成時(shí)，必須開始新的濾波器計(jì)算，第一個(gè)濾波器的狀態(tài)傳輸給第二個(gè)濾波器，于是第二個(gè)濾波器完成第二個(gè)半窗長(zhǎng)中的濾波計(jì)算。按照這種方式，可以在每個(gè)半窗長(zhǎng)邊界完成完整的窗口計(jì)算。半窗系數(shù)傳輸管線310使全窗濾波器加權(quán)計(jì)算與計(jì)算中相關(guān)的半窗傳輸管線部分一致，從而使第一半窗和第二半窗采用相同的全窗濾波器加權(quán)進(jìn)行累計(jì)。
延遲電路1000、1002、1004、1010、1012和1014將從它們各自的輸入端的值利用各自的時(shí)鐘輸入線延遲一個(gè)脈沖之后施加到它們各自的輸出端。每個(gè)延遲電路1000、1002、1004、1010、1012、和1014以及多路調(diào)制器1006、1008、1016、和1018從路徑1062中的與門1020(標(biāo)記為“X”)的輸出端接收它們各自的輸入時(shí)鐘脈沖或選擇信號(hào)。與門1020接收采樣時(shí)鐘脈沖作為一個(gè)輸入值，而將路徑274中的半窗信號(hào)作為它的另一個(gè)輸入值。在每個(gè)半窗長(zhǎng)周期開始時(shí)，各個(gè)寄存器中的值用從與它們各自輸入端相連的總線中接收的輸入值寫入。這一寫入操作是與在半窗開始時(shí)的CLK脈沖同步的。Goertzel濾波器加權(quán)B’0通過路徑358施加到延遲電路1000的輸入端和多路調(diào)制器1006的一個(gè)輸入端(通常不被選擇)。經(jīng)過一次延遲的Goertzel濾波器加權(quán)B’0通過路徑1050施加到多路調(diào)制器1006的另一個(gè)輸入端(通常被選擇)、延遲電路1010的輸入端和多路調(diào)制器1016的一個(gè)輸入端(通常不被選擇)。經(jīng)過一次延遲的Goertzel濾波器加權(quán)B’0通過多路調(diào)制器1006施加到路徑268中，作為由相位計(jì)算單元206利用對(duì)應(yīng)于以下參照?qǐng)D11進(jìn)一步詳述的兩種并行半窗長(zhǎng)相位計(jì)算中的第一種進(jìn)行進(jìn)一步處理的Goertzel濾波器加權(quán)B01。經(jīng)過兩次延遲的Goertzel濾波器加權(quán)B’0通過路徑1056施加到多路調(diào)制器1016的另一個(gè)輸入端(通常選擇的)。經(jīng)過兩次延遲的Goertzel濾波器加權(quán)B’0通過多路調(diào)制器1016施加到路徑268中，作為由相位計(jì)算單元206利用對(duì)應(yīng)于以下參照?qǐng)D11進(jìn)一步詳述的兩種并行半窗長(zhǎng)相位計(jì)算中的第二種進(jìn)行進(jìn)一步處理的Goertzel濾波器加權(quán)B02。當(dāng)半窗信號(hào)施加到路徑274中(在圖10中還標(biāo)記為“A”)時(shí)，選擇多路調(diào)制器1006將其輸入路徑358中的信號(hào)施加到路徑268中，以作為Goertzel濾波器加權(quán)B01進(jìn)行進(jìn)一步處理，這個(gè)信號(hào)是輸入路徑358中輸入信號(hào)B’0的未經(jīng)延遲的拷貝。同樣，當(dāng)將半窗信號(hào)施加到路徑274中時(shí)(在圖10中還標(biāo)記為“A”)，選擇多路調(diào)制器1016將其輸入路徑1050中的信號(hào)施加到路徑268中，以作為Goertzel濾波器加權(quán)B02進(jìn)行進(jìn)一步處理，這個(gè)信號(hào)是輸入路徑358中輸入信號(hào)B’0的經(jīng)一次延遲的拷貝。
Goertzel濾波器加權(quán)B’1通過路徑358施加到延遲電路1002的輸入端和多路調(diào)制器1008的一個(gè)輸入端(通常不被選擇的)。經(jīng)過一次延遲的Goertzel濾波器加權(quán)B’1通過路徑1052施加到多路調(diào)制器1008的另一個(gè)輸入端(通常選擇的)、延遲電路1012的輸入端和多路調(diào)制器1018的一個(gè)輸入端。經(jīng)過一次延遲的Goetzel濾波器加權(quán)B’1通過多路調(diào)制器1008施加到路徑268中，作為由相位計(jì)算單元206利用對(duì)應(yīng)于下面參照?qǐng)D11進(jìn)一步詳述的兩種并行半窗相位計(jì)算中的第一種進(jìn)行進(jìn)一步處理的Goertzel濾波器加權(quán)B11。經(jīng)過兩次延遲的Goertzel濾波器加權(quán)B’1通過路徑1058施加到多路調(diào)制器1018的另一個(gè)輸入端(通常選擇的)。經(jīng)過兩次延遲的Goertzel濾波器加權(quán)B’1通過多路調(diào)制器1018施加到路徑268中，作為由相位計(jì)算單元206利用對(duì)應(yīng)于下面參照?qǐng)D11進(jìn)一步詳述的兩種并行半窗相位計(jì)算中的第二種進(jìn)行進(jìn)一步處理的Goertzel濾波器加權(quán)B12。當(dāng)半窗信號(hào)施加到路徑274中時(shí)(在圖10中還標(biāo)記為“A”)，選擇多路調(diào)制器1008將在其輸入路徑358中的信號(hào)施加到路徑268中，作為Goertzel濾波器加權(quán)B11進(jìn)行進(jìn)一步處理，這個(gè)信號(hào)是輸入路徑358中輸入值B’1的未經(jīng)延遲的拷貝。同樣，當(dāng)將半窗信號(hào)施加到路徑274中時(shí)(在圖10中還標(biāo)記為“A”)，選擇多路調(diào)制器1018將在其輸入路徑1052中的信號(hào)施加到路徑268中，作為Goertzel濾波器加權(quán)B12進(jìn)行進(jìn)一步處理，這個(gè)值是輸入路徑358中輸入值B’1的一個(gè)一次延遲拷貝。
基頻Ω’通過路徑358施加到延遲電路1004的輸入端。經(jīng)過一次延遲的基頻Ω’通過路徑1054施加到延遲電路1014的輸入端。延遲電路1014將經(jīng)過兩次延遲的基頻Ω’施加到路徑268中，作為由Δt計(jì)算單元進(jìn)一步處理的頻率Ω。第一示例實(shí)施例-相位計(jì)算圖11中更加詳細(xì)表示的相位計(jì)算單元206處理經(jīng)過濾波的離散采樣值以產(chǎn)生一個(gè)指示經(jīng)過濾波的傳感器輸出信號(hào)采樣值的相位的復(fù)數(shù)。這個(gè)復(fù)數(shù)被施加到路徑266中(以及由左信道的相位計(jì)算單元206施加到路徑264中)以用于其后的Δt計(jì)算。具體地說，對(duì)左右信道中經(jīng)過濾波的傳感器輸出信號(hào)離散采樣值的每個(gè)Hanning窗口進(jìn)行Goertzel濾波器富里葉變換。Goertzel濾波器的系數(shù)由頻率計(jì)算單元212確定，并通過路徑268傳輸?shù)较辔挥?jì)算單元206中。相位計(jì)算單元206的復(fù)數(shù)輸出被施加到路徑266中(以及由左信道的相位計(jì)算單元206施加到路徑264中)，并用于Δt計(jì)算。
為了更加有效地利用可用的采樣數(shù)據(jù)，并行進(jìn)行兩種計(jì)算，第一種計(jì)算對(duì)采樣數(shù)據(jù)的每個(gè)窗口進(jìn)行，第二種計(jì)算對(duì)開始于比第一種并行計(jì)算遲一個(gè)采樣半窗長(zhǎng)的采樣數(shù)據(jù)的各個(gè)窗口進(jìn)行。在每個(gè)半窗長(zhǎng)周期邊界，將一個(gè)窗口的第一個(gè)半窗的部分富里葉和值從第一并行計(jì)算單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換以開始第二種部分計(jì)算。同時(shí)，將第二并行計(jì)算單元中已經(jīng)完成的計(jì)算，其值表示前一個(gè)全窗周期采樣值的復(fù)數(shù)相位值，變換到其后的Δt計(jì)算。
單元1100和1102從路徑272中接收在當(dāng)前半窗(SAMPNO)中的當(dāng)前采樣值數(shù)目，并將相應(yīng)的預(yù)先計(jì)算的加權(quán)值施加到它們的輸出路徑(分別為1150和1152)。從利用該SAMPNO索引值索引的一個(gè)向量(WINDOW)中檢索加權(quán)值。單元1102將值N(Hanning窗長(zhǎng)的一半)與從路徑272接收的用于在WINDOW向量中提供索引的SAMPNO值相加，以利用對(duì)應(yīng)于Hanning窗口半窗長(zhǎng)的一組采樣值對(duì)這些加權(quán)值線路補(bǔ)償。路徑1150和1152中的加權(quán)值分別被施加到求積點(diǎn)1104和1106的一個(gè)輸入端。求積點(diǎn)1104和1106的另一個(gè)輸入值是路徑260(或右信道的路徑262)中的下一個(gè)增強(qiáng)的信號(hào)值(e)。求積點(diǎn)1104和1106將它們的求積結(jié)果(Hanning窗加權(quán)增強(qiáng)采樣值)分別施加到輸出路徑1154和1156中，分別作為計(jì)算單元1108和1110的輸入值。
計(jì)算單元1108和1110分別將一個(gè)Goertzel濾波器應(yīng)用于加權(quán)采樣值以構(gòu)成表示采樣信號(hào)值相位的一個(gè)復(fù)數(shù)。利用在采樣值的一個(gè)半窗長(zhǎng)期間內(nèi)施加到CLK路徑中的各個(gè)脈沖采樣時(shí)鐘信號(hào)對(duì)這些加權(quán)采樣值進(jìn)行處理。計(jì)算單元1108接收路徑1154中的加權(quán)采樣值(wsamp)，接收路徑268中第一個(gè)半窗的Goertzel濾波器系數(shù)(B01，B11)，接收路徑1158中的前一個(gè)濾波器狀態(tài)值，并計(jì)算復(fù)數(shù)和形式的新濾波器狀態(tài)值Y’＝wsamp+BY。新狀態(tài)值在施加于CLK路徑的下一個(gè)時(shí)鐘脈沖被施加到輸出路徑1162中。計(jì)算單元1110接收路徑1156中的加權(quán)采樣值(wsamp)，接收路徑268中第二半窗的Goertzel濾波器系數(shù)(B02，B12)，接收路徑1160中的前一個(gè)濾波器狀態(tài)值，并計(jì)算復(fù)數(shù)和形式的新濾波器狀態(tài)值Y’＝wsamp+BY。新濾波器狀態(tài)值作為RL，QL值施加到輸出路徑264中(對(duì)于對(duì)于左信道，對(duì)于右信道是作為RR，QR施加到路徑266中)。在CLK信號(hào)的每一個(gè)脈沖出現(xiàn)時(shí)，表示處理了一個(gè)的新采樣值，計(jì)算單元1108和1110進(jìn)行它們各自的計(jì)算。單元1108和1110的新計(jì)算值(Y’)分別被施加到其輸出路徑1162和264中(對(duì)于右信道為266)，由下一個(gè)采樣周期的時(shí)鐘脈沖(CLK)負(fù)載。加以時(shí)鐘標(biāo)記的輸出值分別通過路徑1162和264施加到多路調(diào)制器1112和1114各自的通常選擇的零輸入端。多路調(diào)制器1112和1114將它們各自的通常選擇的輸入值施加到它們各自的輸出端1158和1160，進(jìn)而施加到單元1108和1110的Y輸入端，以用于下一個(gè)Goertzel濾波器計(jì)算。
在接收到路徑274中經(jīng)過脈沖調(diào)制的半窗信號(hào)時(shí)，計(jì)算單元1108和1110都在下一個(gè)半窗長(zhǎng)周期中重新開始Goertzel濾波。通常選擇多路調(diào)制器1112將在其輸入路徑1162中的復(fù)數(shù)值作為在當(dāng)前半窗長(zhǎng)周期中計(jì)算單元1108的當(dāng)前值施加到其輸出路徑1158中。在半窗長(zhǎng)周期開始時(shí)(前一個(gè)半窗長(zhǎng)周期結(jié)束時(shí))，施加到路徑274中的這個(gè)半窗信號(hào)選擇多路調(diào)制器1112將在其輸入路徑1164中的一個(gè)零值施加到其輸出路徑1158中。這重新設(shè)置了第一計(jì)算單元1108中的濾波器使其開始一個(gè)新的半窗長(zhǎng)周期。通常選擇多路調(diào)制器1114將在其輸入路徑264(對(duì)于右信道為路徑266)中的這個(gè)復(fù)數(shù)值作為計(jì)算單元1110在當(dāng)前半窗長(zhǎng)周期中的狀態(tài)值施加到其輸出路徑1160中。在半窗長(zhǎng)周期開始時(shí)，施加到路徑274的半窗信號(hào)選擇多路調(diào)制器1114將在其輸入路徑1162中的前一個(gè)半窗長(zhǎng)周期的濾波器狀態(tài)，作為單元1108的當(dāng)前輸出值計(jì)算出的，施加到其輸出路徑1160中。這使得計(jì)算單元1110利用由單元1108在前一個(gè)半窗長(zhǎng)周期計(jì)算出的部分Goertzel結(jié)果開始一個(gè)新的半窗長(zhǎng)周期。換句話說，計(jì)算單元1108處理每個(gè)全采樣窗的第一個(gè)半窗，與此同時(shí)，單元1110處理第二個(gè)半窗，并將其與第一個(gè)半窗結(jié)合以產(chǎn)生指示在前一個(gè)全采樣窗長(zhǎng)的每個(gè)半窗周期中相位的一個(gè)復(fù)數(shù)。在每個(gè)半窗邊界，在總線264(對(duì)于右信道為266)上產(chǎn)生一個(gè)完全的相位計(jì)算結(jié)果，該結(jié)果表示前一個(gè)全采樣窗周期的相位。如上所述，在每個(gè)半窗邊界，半窗系數(shù)傳輸管線310將第一半窗并行計(jì)算單元1108的Goertzel濾波器系數(shù)(B01，B11)轉(zhuǎn)換為用于第二半窗并行計(jì)算單元1110的系數(shù)(B02，B12)。這確保了將相同的Goertzel濾波器加權(quán)施加到第一半窗并行部分計(jì)算中以及相應(yīng)的第二半窗并行部分計(jì)算中。第一示例實(shí)施例-Δt計(jì)算圖12中詳細(xì)表示的Δt計(jì)算單元208接收由相位計(jì)算單元206確定的并施加到左信道的路徑264中和右信道的路徑266中左右信道的相位信息。頻率信息由頻率計(jì)算單元212確定，由Δt計(jì)算單元208通過路徑268接收。Δt計(jì)算單元208確定由于左右流管傳感器輸出信號(hào)的之間的相位差產(chǎn)生的兩個(gè)正弦采樣信號(hào)之間的時(shí)間差。該Δt值基本正比于通過科里奧利流量計(jì)的流管的物質(zhì)的質(zhì)量流率。利用在本領(lǐng)域中眾所周知的其它因素校正計(jì)算出的質(zhì)量流率以調(diào)整溫度變化和其它參數(shù)變化。
左信道的富里葉變換與右信道的富里葉變換共軛相乘。然后計(jì)算該復(fù)數(shù)值的角度。這個(gè)相位差除以振動(dòng)流管的頻率得出Δt值。
通過路徑264從左信道相位計(jì)算單元206接收左信道相位值的實(shí)部和虛部(分別為RL，QL)。通過路徑266從右信道相位計(jì)算單元206接收右信道相位值的實(shí)部和虛部(分別為RR，QR)。求積點(diǎn)1200通過路徑264接收RL和通過路徑266接收RR作為輸入值以產(chǎn)生乘積RLRR，并將該乘積施加到路徑1250中。求積點(diǎn)1202通過路徑264接收QL和通過路徑266接收QR作為輸入值以產(chǎn)生乘積QLQR，并將乘積施加到路徑1252中。求積點(diǎn)1204通過路徑264接收QL和通過路徑266接收RR作為輸入值以產(chǎn)生乘積QLRR，并將乘積施加到路徑1254中。求積點(diǎn)1206通過路徑264接收RL和通過路徑266接收QR作為輸入值以產(chǎn)生乘積RLQR，并將乘積施加到路徑1256中。
求和點(diǎn)1208通過路徑1250接收乘積RLRR和通過路徑1252接收乘積QLQR以產(chǎn)生和值RLRR+QLQR，并將該和值通過路徑1268施加到計(jì)算單元1212的X輸入端。求和點(diǎn)1210通過路徑1254接收乘積QLRR和通過路徑1256接收乘積RLQR以產(chǎn)生和值QLRR-RLQR，并將該和值通過路徑1270施加到計(jì)算單元1212的Y輸入端。
計(jì)算單元1212從路徑1268接收其X輸入值和從路徑1270接收其Y輸入值，并根據(jù)由其X和Y輸入值表示的復(fù)數(shù)(X+iY)(即ARG(X+iY))的幅角(相位)確定左信道流管傳感器的正弦信號(hào)與右信道流管傳感器的正弦信號(hào)之間的相位差角。由計(jì)算單元1212按照上述方式計(jì)算出的這個(gè)相位差角通過路徑1258施加到計(jì)算單元1214的X輸入端。由圖3所示頻率計(jì)算單元212計(jì)算出的頻率(Ω)通過路徑268施加到計(jì)算單元1214的Y輸入端。然后計(jì)算單元1214計(jì)算比值X/Y(相位差/頻率)，并將所計(jì)算出的比值施加到其輸出路徑1260中。求積點(diǎn)1218從路徑1260在一個(gè)輸入端接收該計(jì)算出的比值，并從路徑1262接收存儲(chǔ)在寄存器1216中表示固定采樣周期(采樣頻率的倒數(shù))的N值。求積點(diǎn)1218的兩個(gè)輸入值的乘積是Δt，并通過路徑1264施加到寄存器1222的輸入端。當(dāng)由路徑1266中的一個(gè)脈沖計(jì)時(shí)時(shí)，寄存器1222將從其輸入端輸入的當(dāng)前值寫入。與門1220接收從一個(gè)輸入端輸入的采樣頻率時(shí)鐘信號(hào)CLK和從另一個(gè)輸入端輸入的指示一個(gè)新的半窗采樣周期開始的半窗信號(hào)。與門1220的輸出是與由圖2所示時(shí)鐘214產(chǎn)生的采樣頻率時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK同步的半窗信號(hào)脈沖。存儲(chǔ)在寄存器1222中的Δt值表示流經(jīng)流量計(jì)的物質(zhì)的質(zhì)量流率，被施加到路徑294中供質(zhì)量流量計(jì)算單元290使用。如在本領(lǐng)域中眾所周知的，Δt值僅僅是基本正比于流管中的質(zhì)量流率。質(zhì)量流量計(jì)算單元290校正Δt值以產(chǎn)生質(zhì)量流率，并通過路徑155傳輸?shù)綀D2所示的應(yīng)用裝置中。單元290執(zhí)行相應(yīng)的校正和定標(biāo)以補(bǔ)償溫度影響和其它環(huán)境因素造成的誤差。
上述的實(shí)施例利用一組常數(shù)重新設(shè)置與陷波濾波器相關(guān)的計(jì)算。在誤差狀態(tài)下對(duì)去偏置參數(shù)(α)、遺忘因數(shù)(λ)、和協(xié)方差矩陣(P)都重新設(shè)置以重新開始使陷波濾波器參數(shù)適應(yīng)基頻變化的計(jì)算處理。如上所述對(duì)去偏置參數(shù)(α)和遺忘因數(shù)(λ)進(jìn)行調(diào)整和初始化。本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這些值可以適合于任何具體的流管和環(huán)境參數(shù)?？梢詫⑦@些常數(shù)的有用值作為振動(dòng)流管的期望標(biāo)稱基頻(freq)的函數(shù)按照下列公式計(jì)算出來αINIT＝0.90freq/100，αLIMIT＝0.98freq/100，αDECAY＝0.999freq/100，αSNR＝0.95ferq/100；λINIT＝0.95freq/100，λLIMIT＝0.995freq/100，λDECAY＝0.99freq/100，λSNR＝0.97freq/100；αADDER＝αLIMIT(1-αDECAY)，λADDER＝λLIMIT(1-λDECAY)在上述各種條件下按照下列公式初始化協(xié)方差矩陣(P)PINIT＝10-2IPSNR＝10-4I
其中“I”為單位矩陣。第二示例實(shí)施例(已知最佳方式)目前已知實(shí)施本發(fā)明的最佳方式作為本發(fā)明方法的第二實(shí)施例表示在圖13-16中。與上述第一實(shí)施例一樣，利用自適應(yīng)陷波濾波器增強(qiáng)用左右信道的抽選采樣值表示并分別施加到路徑254和256中的信號(hào)。在該第二實(shí)施例中采用了四個(gè)自適應(yīng)陷波濾波器，在左右信道中分別串聯(lián)兩個(gè)。左右信道中的各兩個(gè)濾波器是“級(jí)聯(lián)的”，因?yàn)榈谝粋€(gè)濾波器利用一個(gè)低Q值(寬陷波)濾波器以具有有限的信號(hào)增強(qiáng)作用，但是具有迅速收斂到振動(dòng)流管基頻變化范圍的能力。然后將第一級(jí)聯(lián)陷波濾波器的信號(hào)輸出施加到第二級(jí)聯(lián)陷波濾波器。第二陷波濾波器利用一個(gè)高Q值(窄陷波)濾波器以提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)或者上述第一實(shí)施例的消除噪聲和諧波的能力。雖然第二陷波濾波器具有窄陷波(高Q值)，但是它仍然可以迅速地適應(yīng)振動(dòng)流管基頻由于第一陷波濾波器所進(jìn)行的有限增強(qiáng)(濾波)而產(chǎn)生的變化。在施加到第二陷波濾波器的信號(hào)中減少的噪聲和諧波量使之仍然可以迅速地收斂到振動(dòng)流管的基頻變化范圍上。
利用所具有的陷波形狀比第一級(jí)聯(lián)陷波濾波器的陷波形狀更寬的一個(gè)輔助陷波濾波器提供對(duì)于振動(dòng)流管的基頻的估算。加權(quán)適應(yīng)計(jì)算中使用這個(gè)估算值設(shè)置左右信道的第一級(jí)聯(lián)陷波濾波器的頻率參數(shù)。加權(quán)適應(yīng)計(jì)算使用第二級(jí)聯(lián)陷波濾波器的輸出調(diào)整第二級(jí)聯(lián)陷波濾波器的頻率參數(shù)。
上面討論的第一實(shí)施例試圖平衡陷波的寬度以提供具有較好信號(hào)增強(qiáng)作用的窄陷波(高Q值)，同時(shí)通過使用一個(gè)寬陷波(低Q值)使之迅速收斂到振動(dòng)流管基頻的變化上。在試圖平衡陷波濾波器的這些特性過程中，在每個(gè)采樣周期改善了去偏置參數(shù)(α)以調(diào)整下一個(gè)采樣信號(hào)值的陷波寬度。第二實(shí)施例使用了在固定陷波形狀范圍(固定Q值)內(nèi)的一組陷波濾波器以提供滿足迅速跟蹤頻率變化和卓越的噪聲去除兩方面要求的一種最佳技術(shù)方案。該第二實(shí)施例由于三個(gè)原因具有比第一實(shí)施例更好的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。首先，第二級(jí)聯(lián)陷波濾波器保持穩(wěn)定在一個(gè)固定的窄陷波形狀范圍內(nèi)(高Q值)以具有卓越的噪聲和諧波去除特性。這種改進(jìn)的噪聲去除與其它方案相比提高了準(zhǔn)確度。其次，級(jí)聯(lián)濾波器對(duì)于振動(dòng)流管的基頻變換跟蹤特性的改善提高了采樣信號(hào)值增強(qiáng)的可重復(fù)性。第三，級(jí)聯(lián)陷波濾波器為其后在單元208中進(jìn)行的Δt計(jì)算提供了對(duì)于流管頻率更加準(zhǔn)確的估算。
這些改進(jìn)是以增加計(jì)算復(fù)雜程度為代價(jià)得到的。第二實(shí)施例的各個(gè)計(jì)算單元在一定程度上比第一實(shí)施例簡(jiǎn)單(標(biāo)量運(yùn)算與矩陣運(yùn)算相比)。但是，該第二實(shí)施例通過應(yīng)用五個(gè)陷波濾波器和對(duì)每個(gè)采樣值進(jìn)行兩種加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算增加了總的計(jì)算復(fù)雜程度。雖然在一定程度上運(yùn)算更加復(fù)雜，但是該第二實(shí)施例仍適合于市場(chǎng)上可以買到的數(shù)字信號(hào)處理器的運(yùn)算能力。第二示例實(shí)施例-概述圖13分解了圖2所示的各個(gè)單元以更加詳細(xì)地表示與圖2所示計(jì)算單元之間信息流動(dòng)有關(guān)的內(nèi)容。計(jì)算單元1300是第一級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器。左信道第一級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器1300從路徑254(圖2中)接收抽選輸入的傳感器輸出信號(hào)采樣值。陷波濾波器傳遞函數(shù)的加權(quán)系數(shù)(θ(t))是通過路徑1360從加權(quán)自適應(yīng)單元1302接收的。決定陷波形狀的去偏置參數(shù)(α1)是通過路徑1364從寄存器文件1306(也標(biāo)記為“E”)中接收的。右信道第一級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器1300從路徑256(圖2中)中接收抽選輸入的傳感器輸出信號(hào)采樣值，但是其它方面的工作方式與左信道第一級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器1300相同。左右信道中的第一級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器通過路徑1360從加權(quán)自適應(yīng)單元1302接收相同的自適應(yīng)參數(shù)(θ(t))和通過路徑1364從寄存器文件1306中接收相同的去偏置參數(shù)(α1)。
輔助自適應(yīng)陷波濾波器1308通過路徑254從左信道接收抽選的信號(hào)采樣值。這個(gè)陷波濾波器通過路徑1364從寄存器文件1306中接收去偏置參數(shù)(α0)。該去偏置參數(shù)(α0)限定了一個(gè)寬陷波(低Q值)以使這個(gè)陷波濾波器能夠迅速跟蹤振動(dòng)流管基頻的變化。這個(gè)陷波濾波器的增強(qiáng)輸出信號(hào)是沒有用的(該濾波器由于具有寬陷波形狀只能產(chǎn)生非常小的增強(qiáng)作用)。而誤差因數(shù)(n)和梯度(Ψ)作為輸出產(chǎn)生，并通過路徑1358施加到加權(quán)自適應(yīng)單元1302以用于計(jì)算加權(quán)參數(shù)(θ(t-1)和θ(t))。加權(quán)自適應(yīng)單元1302將新計(jì)算出的加權(quán)參數(shù)(θ(t-1)和θ(t))通過路徑1360施加到陷波濾波器1300和1308以準(zhǔn)備接收下一個(gè)抽選采樣值。
由左右信道的陷波濾波器1300處理的各個(gè)抽選采樣輸入值的增強(qiáng)信號(hào)值分別作為左右信道的yL和yR信號(hào)通過路徑1350和1352施加到一個(gè)對(duì)應(yīng)的第二級(jí)聯(lián)陷波濾波器1310。第二級(jí)聯(lián)陷波濾波器1310通過路徑1362從加權(quán)自適應(yīng)單元1312接收相同的加權(quán)參數(shù)(θ(t-1)和θ(t))。通過路徑1364(也標(biāo)記為“E”)從寄存器存貯器1306接收決定陷波形狀的去偏置參數(shù)。誤差因數(shù)(n)和梯度(Ψ)作為左信道第二級(jí)聯(lián)陷波濾波器1310的輸出產(chǎn)生，并通過路徑260施加到加權(quán)自適應(yīng)單元1312以用于計(jì)算加權(quán)參數(shù)(θ(t-1)和θ(t))。加權(quán)自適應(yīng)單元1312將新計(jì)算出的加權(quán)參數(shù)(θ(t-1)和θ(t))通過路徑1362施加到陷波濾波器1310以準(zhǔn)備接收由第一級(jí)聯(lián)陷波濾波器1300增強(qiáng)的下一個(gè)抽選采樣值。
左右信道中的第二級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器1310都產(chǎn)生用分別施加到它們各自的輸出路徑260和262中的離散采樣值表示的一個(gè)增強(qiáng)信號(hào)。該增強(qiáng)信號(hào)，對(duì)于左右信道分別標(biāo)記為eL和eR，表示濾掉除接近振動(dòng)流管基頻的窄陷波以外的所有噪聲的相應(yīng)輸入信號(hào)采樣值。
上面參照?qǐng)D13討論的所有陷波濾波器(1300、1308、和1310)計(jì)算相同的函數(shù)以產(chǎn)生相同的輸出值，即增強(qiáng)信號(hào)值(y或e)、誤差因數(shù)(n)、和梯度(Ψ)。但是，在本發(fā)明的方法和裝置中不使用右信道第二級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器1310以及兩個(gè)第一級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器產(chǎn)生的噪聲(誤差因數(shù))和梯度值。同樣，在本發(fā)明的方法中也不使用頻率跟蹤自適應(yīng)陷波濾波器1308輸出的增強(qiáng)信號(hào)值。下面討論由所有自適應(yīng)陷波濾波器1300、1308、和1310計(jì)算的函數(shù)。誤差因數(shù)基本上是采樣值的噪聲分量。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，當(dāng)采用遞歸最小二乘法時(shí)，如在本發(fā)明中，經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)誤差提高了濾波器的收斂速率(參見Arye Nehoral“具有約束極點(diǎn)和零點(diǎn)的一種最小參數(shù)自適應(yīng)陷波濾波器”，IEEE Transactions onAcoutics，Speech，and Signal Processing，Vol.ASSP-33，No.4，1985年8月，987頁(yè))。
相位計(jì)算單元206分別通過路徑260和262接收從左右信道第二級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器1310輸出的增強(qiáng)信號(hào)值(eL和eR)。相位計(jì)算單元206和Δt計(jì)算單元對(duì)于上面參照第一實(shí)施例和圖3-12所述的單元是相同的。
頻率計(jì)算單元1304通過路徑1362從加權(quán)自適應(yīng)單元1312接收濾波器加權(quán)(θ(t))，并計(jì)算由相位計(jì)算單元206計(jì)算出的Goertzel濾波器參數(shù)的加權(quán)(B’)并計(jì)算振動(dòng)流管的頻率(Ω’)。通過路徑358將這些輸出值施加到半窗多路轉(zhuǎn)換器半窗系數(shù)傳輸管線310。上面參照第一實(shí)施例和圖3-12討論了半窗系數(shù)傳輸管線310。第二示例實(shí)施例-陷波濾波器圖14進(jìn)一步詳細(xì)表示了第二實(shí)施例中的自適應(yīng)陷波濾波器1300、1308、和1310。如上所述，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中不使用某些在其它方面相同的自適應(yīng)陷波濾波器的某些輸出值和相應(yīng)的輸入值。圖14的描述討論了所表示的陷波濾波器的操作，并且就象所有輸入值和輸出值都被使用一樣(如在左信道第二級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波濾波器1310)。簡(jiǎn)單起見，對(duì)于下面詳細(xì)討論的陷波濾波器，用標(biāo)號(hào)1310(左信道)表示第二實(shí)施例中所有五個(gè)自適應(yīng)陷波濾波器(1300、1308和1310)。左信道濾波器1310從路徑1350接收其輸入值，并將其輸出值施加到路徑260中。其它陷波濾波器從路徑254接收它們各自的輸入值(1300左信道和1308)、256(1300右信道)、和1352(1310右信道)。其它陷波濾波器將它們各自的輸出信號(hào)施加到路徑1350(1300左信道)、1352(1300右信道)、1358(1308)、和262(1310右信道)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到所有五個(gè)陷波濾波器計(jì)算單元的操作方式之間的相似性。
圖14所示的自適應(yīng)陷波濾波器1310(左信道)確定在從其輸入路徑1350接收的離散采樣值u(t)中存在的噪聲(其中在下列公式中使用的(t)表示與采樣周期“t”相應(yīng)的值)。從路徑1364中接收去偏置參數(shù)(在下列公式中標(biāo)記為α)(如α2)。通過路徑1362接收當(dāng)前采樣周期的陷波濾波器系數(shù)(θ(t))和前一個(gè)采樣周期的陷波濾波器系數(shù)(θ(t-1))。從輸入的采樣值u中減去噪聲信號(hào)值e得到增強(qiáng)濾波信號(hào)值e，并從路徑260輸出。自適應(yīng)陷波濾波器利用下列的二級(jí)濾波器多項(xiàng)式確定增強(qiáng)信號(hào)值e(t)u(t) 采樣值e(t)＝u(t)-e(t)增強(qiáng)信號(hào)值e(t)＝u(t)+u(t-2)-α2e(t-2)-φ(t)θ(t)采樣值的噪聲分量φ(t)＝-u(t-1)+αe(t-1)此外，陷波濾波器1310按照下式確定梯度(Ψ(t))Ψ(t)＝φ(t)-α2Ψ(t-2)-αΨ(t-1)θ(t-1)最后，陷波濾波器1310還按照下式確定誤差估算值(n(t))n(t)＝u(t)+u(t-2)-α2e(t-2)-φ(t)θ(t-1)自適應(yīng)陷波濾波器1310將從路徑1350接收的輸入值(u(t)或y(t)-施加到該陷波濾波器中的采樣值)施加到延遲電路1408。作為延遲電路1408的輸出而產(chǎn)生的經(jīng)過一次延遲的輸入采樣值u(t-1)通過路徑1454施加到延遲電路1410，其經(jīng)過兩次延遲的輸入采樣值u(t-2)被施加到路徑1456中。延遲電路1408和1410將施加到它們各自輸入端的值延遲如上所述施加到CLK路徑中的采樣時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)脈沖周期。延遲電路1426、1428、1440、和1442以相同的方式工作以將它們各自的輸入值延遲如CLK信號(hào)路徑所示的一個(gè)采樣時(shí)鐘周期。從路徑1364接收的去偏置參數(shù)α被施加到求積點(diǎn)1412的兩個(gè)輸入端，其輸出乘積α2被施加到路徑1468中。
路徑1364中的去偏置參數(shù)α和路徑1462中經(jīng)過一次延遲的中間值e(t-1)(下面討論)作為輸入值施加到求積點(diǎn)1416，其輸出乘積αe(t-1)施加到路徑1460中。路徑1468中的去偏置參數(shù)平方α2和路徑1464中經(jīng)過兩次延遲的中間值e(t-2)(下面討論)作為輸入值施加到求積點(diǎn)1420，其輸出乘積α2e(t-2)施加到路徑1466中。
求和點(diǎn)1414將經(jīng)過一次延遲的輸入采樣值u(t-1)從路徑1460中的中間值αe(t-1)中減去以產(chǎn)生中間值φ(t)＝-u(t-1)+αe(t-1)，并將該中間值施加到路徑1458中。求和點(diǎn)1418將路徑1466中的中間值α2e(t-2)從路徑1456上的經(jīng)過兩次延遲的輸入采樣值u(t-2)中減去，并將所得中間結(jié)果u(t-2)-α2e(t-2)施加到路徑1486中。路徑1458中的中間值φ(t)和路徑1362中的濾波器系數(shù)θ(t)被施加到求積點(diǎn)1422以產(chǎn)生中間值φ(t)θ(t)，并將該乘積施加到路徑1472中。路徑1458中的中間值φ(t)和路徑1362中的濾波器系數(shù)θ(t-1)被施加到求積點(diǎn)1424以產(chǎn)生中間值φ(t)θ(t-1)，并將該乘積施加到路徑1470中。
陷波濾波器1310通過首先將路徑1350中的輸入采樣值u(t)和將路徑1486中的中間值u(t-2)-α2e(t-2)施加到求和點(diǎn)1400的輸入端以產(chǎn)生和值u(t)+u(t-2)-α2e(t-2)來確定輸入采樣值u(t)的噪聲估算值e(t)，并將該和值施加到路徑1450。求和點(diǎn)1404將路徑1472中的中間值φ(t)θ(t)從路徑1450中的中間值u(t)+u(t-2)-α2e(t-2)減去以確定輸入采樣值u(t)的噪聲估算值e(t)，并將該噪聲估算值e(t)施加到路徑1452中。求和點(diǎn)1406將路徑1452中的噪聲評(píng)估值e(t)從路徑1350中的輸入采樣值u(t)中減去，并將所得的增強(qiáng)信號(hào)值e(t)施加到陷波濾波器的輸出路徑260中。路徑1452中的噪聲估算值e(t)被施加到延遲電路1426中以在路徑1462中產(chǎn)生經(jīng)過一次延遲的噪聲估算值e(t-1)。路徑1462中經(jīng)過一次延遲的噪聲估算值e(t-1)被施加到延遲電路1428中以在路徑1464中產(chǎn)生經(jīng)過兩次延遲的噪聲估算值e(t-2)。如上所述路徑1462和1464中這些經(jīng)過延遲的噪聲估算值被用于中間值的計(jì)算中。
如下所述，除了由陷波濾波器1310產(chǎn)生的增強(qiáng)信號(hào)e(t)以外，還確定一個(gè)先驗(yàn)的噪聲估算值n(t)以用于加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算。如下所述，求和點(diǎn)1402將路徑1470中的中間值φ(t)θ(t)從路徑1450中的中間值u(t)+u(t-2)-α2e(t-2)中減去以確定輸入采樣值u(t)的估算誤差n(t)，并將該估算誤差施加到路徑260中以由加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1312使用。
最后，陷波濾波器1310遞歸地計(jì)算梯度Ψ(t)以用于如下所述的加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算中。路徑260中的當(dāng)前梯度值Ψ(t)被施加到延遲電路1440中以在路徑1474中產(chǎn)生經(jīng)過一次延遲的梯度值Ψ(t-1)。路徑1474中經(jīng)過一次延遲的梯度值Ψ(t-1)被施加到延遲電路1442中以在路徑1480中產(chǎn)生經(jīng)過兩次延遲的梯度值Ψ(t-2)。求積點(diǎn)1434將路徑1474中經(jīng)過一次延遲的梯度值Ψ(t-1)與路徑1362中的加權(quán)系數(shù)θ(t-1)相乘，并將該中間乘積施加到路徑1476中。路徑1476中的該中間乘積和路徑1364中的去偏置參數(shù)α被施加到求積點(diǎn)1432以在路徑1478中產(chǎn)生中間乘積αθ(t-1)Ψ(t-1)。路徑1480中經(jīng)過兩次延遲的梯度Ψ(t-2)和路徑1468中去偏置參數(shù)的平方α2被施加到求積點(diǎn)1438中。求積點(diǎn)1438的乘積被施加到路徑1482中，并由求和點(diǎn)1436從路徑1458中的中間值φ(t)中減去以在路徑1484中產(chǎn)生中間值φ(t)-α2Ψ(t-2)。求和點(diǎn)1430將路徑1478中的中間值從路徑1484中的中間值中減去以產(chǎn)生新的梯度值Ψ(t)＝φ(t)-α2Ψ(t-2)-αθ(t-1)Ψ(t-1)并將該梯度值施加到路徑260中。第二示例實(shí)施例-加權(quán)自適應(yīng)圖15更加詳細(xì)地表示了圖13所示加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1302和1312的結(jié)構(gòu)和操作。加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1302和1312執(zhí)行相同的計(jì)算，但是分別從圖13所示的寄存器存貯器1306和從它們相關(guān)的自適應(yīng)陷波濾波器1308和3110中接收唯一的輸入值。加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1302通過路徑1358從陷波濾波器1308接收誤差因數(shù)n和梯度值Ψ，并通過路徑1364從寄存器存貯器1306中接收遺忘因數(shù)λ1。加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1302通過路徑1360將當(dāng)前加權(quán)值θ(t)施加到陷波濾波器1300和1308中。經(jīng)過一次延遲的加權(quán)值θ(t-1)通過路徑1360被施加到陷波濾波器1308中。加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1312通過路徑260從左信道陷波濾波器1310接收噪聲估算值n和梯度Ψ，通過路徑1364從寄存器存貯器1306接收遺忘因數(shù)λ2。加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1312將當(dāng)前加權(quán)值θ(t)和經(jīng)過一次延遲的加權(quán)值θ(t-1)施加到陷波濾波器1310中，并通過路徑1362將當(dāng)前加權(quán)值θ(t)施加到頻率計(jì)算單元1304。由于兩個(gè)加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1302和1312操作方式相同，下面的描述僅僅針對(duì)單元1302的操作進(jìn)行。
加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1302利用下述的標(biāo)量算法確定與其相關(guān)的陷波濾波器的下一個(gè)加權(quán)系數(shù)(在下列公式中使用的(t)表示對(duì)應(yīng)于采樣周期“t”的值)θ(t)＝θ(t-1)+P(t)Ψ(t)n(t)更新的加權(quán)系數(shù)P(t)＝(P(t-1)-((P(t-1)Ψ(t)2P(t-1))/(λ+Ψ(t)2P(t-1))))/λ 協(xié)方差變量加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1302確定路徑1360中(如下所述)的更新加權(quán)系數(shù)θ(t)，并將其施加到延遲電路1500的輸入端以在路徑1360中產(chǎn)生經(jīng)過一次延遲的加權(quán)系數(shù)θ(t-1)。
加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1302以每個(gè)新采樣值作為路徑1556中過去計(jì)算的協(xié)方差變量、施加到路徑1358中的梯度值Ψ、和通過路徑1364從寄存器存貯器1306中接收的遺忘因數(shù)λ1的函數(shù)來確定更新的協(xié)方差變量P(t)。路徑1554中的當(dāng)前的協(xié)方差變量P(t)被施加到延遲電路1508中以產(chǎn)生經(jīng)過一次延遲的協(xié)方差變量P(t-1)，并施加到路徑1556中。求積點(diǎn)1512接收路徑1556中經(jīng)過一次延遲的協(xié)方差變量P(t-1)和路徑1358中的梯度值Ψ，并將該乘積P(t-1)Ψ(t)施加到路徑1558中。求積點(diǎn)1514接收路徑1558中的這個(gè)乘積和接收路徑1358中的梯度值Ψ，并將乘積P(t-1)Ψ(t)2施加到路徑1560中。求積點(diǎn)1516接收路徑1560中的這個(gè)乘積和接收經(jīng)過一次延遲的協(xié)方差變量P(t-1)，并將該乘積P(t-1)Ψ(t)2P(t-1)(在上面所給出的協(xié)方差變量計(jì)算結(jié)果中的分子)施加到路徑1562中。求和點(diǎn)1510接收路徑1560中的乘積P(t-1)Ψ(t)2和接收路徑1364中的遺忘因數(shù)λ1，并將其和值λ1+P(t-1)Ψ(t)2(上面所給出的協(xié)方差計(jì)算結(jié)果中的分母)施加到路徑1568中。計(jì)算單元1518將施加到其輸入路徑1562中的分子用施加到其輸入路徑1568中的分母相除以在路徑1564中產(chǎn)生一個(gè)輸出商數(shù)。然后求和點(diǎn)1520將路徑1564中的這個(gè)商數(shù)從路徑1556中經(jīng)過一次延遲的協(xié)方差變量從減去，并將該結(jié)果施加到路徑1566中。計(jì)算單元1522將在其輸入路徑1566中的分子用在其輸入路徑1364中的分母-遺忘因數(shù)λ1相除以產(chǎn)生更新的協(xié)方差變量P(t)，并將結(jié)果施加到輸出路徑1554中。
求積點(diǎn)1502接收路徑1358中的誤差因數(shù)n和路徑1358中的梯度值Ψ，并將乘積Ψn施加到路徑1550中。求和點(diǎn)1504接收路徑1550中的乘積Ψ(t)n(t)和路徑1554中更新的協(xié)方差變量P(t)，并將乘積P(t)Ψ(t)n(t)施加到路徑1552中。然后求和點(diǎn)1506接收路徑1552中的這個(gè)乘積和路徑1360中經(jīng)過一次延遲的加權(quán)系數(shù)θ(t-1)，并將更新的加權(quán)系數(shù)θ(t)施加到路徑1360中。第二示例實(shí)施例-頻率計(jì)算除了自適應(yīng)陷波濾波器以外，頻率計(jì)算單元1304通過路徑1362從加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算單元1312接收更新的加權(quán)系數(shù)θ(t)。圖16中更加詳細(xì)表示的頻率計(jì)算單元1304累計(jì)通過路徑1362接收的加權(quán)系數(shù)值θ(t)以計(jì)算Goertzel濾波器加權(quán)B’(B’0和B’1)和頻率Ω’，并將它們施加到路徑358中。圖16所示的計(jì)算單元1304的操作方式類似于在上文中詳細(xì)討論的第一實(shí)施例中的圖9所示單元308。求和點(diǎn)1600接收路徑1652中先前的累計(jì)和和路徑1362中更新的加權(quán)值θ(t)，并將該和值通過路徑1654施加到多路調(diào)制器1602的一個(gè)輸入端。通常選擇多路調(diào)制器1602將在其輸入路徑1654上的累計(jì)和施加到其輸出路徑1650中。路徑1650中的累計(jì)和被施加到寄存器1604的輸入端，以便當(dāng)采樣時(shí)鐘信號(hào)CLK對(duì)于施加到路徑1362中的每個(gè)新的加權(quán)值脈沖調(diào)制時(shí)將該累計(jì)和存儲(chǔ)在寄存器中。當(dāng)半窗信號(hào)(上文中參照第一實(shí)施例和圖3-12所述)通過路徑274被施加到多路調(diào)制器1602中時(shí)，通過將輸入路徑1362中新接收的加權(quán)值經(jīng)由多路調(diào)制器1602施加到輸出路徑1650中而重新設(shè)置該累計(jì)值。這樣就重新設(shè)置了寄存器1604中的累計(jì)和值，并開始對(duì)另外半窗周期的采樣值進(jìn)行新的累計(jì)。
在路徑1362中接收的加權(quán)的和值通過路徑1652施加到計(jì)算單元1606的X輸入端。計(jì)算單元1606計(jì)算Goertzel濾波器加權(quán)的實(shí)部(B’0)B’0＝-X/2N其中X為如上所述單元1606的輸入值，N為在一個(gè)半窗周期中的采樣值數(shù)目。計(jì)算單元1606計(jì)算出的Goertzel濾波器加權(quán)(B’0)的實(shí)部被施加到路徑358中供上述的半窗系數(shù)傳輸管線310使用。Goertzel濾波器加權(quán)的實(shí)部還施加到計(jì)算單元1608的輸入端，其計(jì)算出Goertzel濾波器加權(quán)的虛部(B’1)B’1＝sqrt(1-X2)其中X為上述單元1608的輸入值。由計(jì)算單元1608計(jì)算出的Goertzel濾波器加權(quán)(B’1)的虛部施加到路徑358中以由上述的半窗系數(shù)傳輸管線310使用。此外，Goertzel濾波器加權(quán)的實(shí)部施加到計(jì)算單元1610的X輸入端，其計(jì)算出振動(dòng)流管的基頻
Ω’＝cos-1X其中X為上述單元1610的輸入值。由計(jì)算單元1610計(jì)算出的基頻(Ω’)施加到路徑358中供上述的半窗系數(shù)傳輸管線310使用。
可以指出，如果計(jì)算單元1606、1608、和1610各自的輸入值在適當(dāng)范圍以外，則它們的計(jì)算結(jié)果是不確定的。這些計(jì)算結(jié)果的輸出值僅僅用于Hanning窗的邊界處，在這些時(shí)刻確保這些輸入值適合于各種計(jì)算。因此，圖16所指出的不確定計(jì)算結(jié)果沒有實(shí)際的意義。如上所述，圖16所示偽電路僅僅用于幫助理解本發(fā)明的方法和相關(guān)的計(jì)算。
對(duì)于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說很顯然，在第二實(shí)施例中可以使用與上文中對(duì)于第一實(shí)施例所述相似的試探檢測(cè)方法。這些試探檢測(cè)有助于防止由于陷波濾波器自適應(yīng)方法喪失頻率收斂性而引起的錯(cuò)誤計(jì)算產(chǎn)生的錯(cuò)誤的流率測(cè)量結(jié)果。這種試探檢測(cè)通常對(duì)于每個(gè)采樣值更新計(jì)算(或者在半窗邊界)，只要這個(gè)新值對(duì)于具體的流量計(jì)而言處于合理的范圍之內(nèi)。如果計(jì)算結(jié)果不是期望值，則不使用更新值，仍然重復(fù)使用過去值。
可以很容易地理解，本發(fā)明不限于優(yōu)選實(shí)施例的描述，而是包括在本發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)的其它改進(jìn)和變型。例如，本發(fā)明已經(jīng)介紹了與圖1所示流量計(jì)結(jié)合?？梢岳斫獗景l(fā)明不限于應(yīng)用于圖1所示類型的流量計(jì)?？梢圆捎冒凑湛评飱W利原理工作的任何類型的流量計(jì)，包括那些具有單管、雙管、直管、不規(guī)則結(jié)構(gòu)管等的流量計(jì)。本發(fā)明所使用的流量計(jì)不需要具有圖1所示的特定的法蘭和孔結(jié)構(gòu)，而是可以采用任何適合的裝置安裝到與流量計(jì)連接的導(dǎo)管上?；蛘?，例如，在本發(fā)明中所述的自適應(yīng)陷波濾波器可以接收其它抽選形式的采樣輸入信號(hào)值或者甚至不加抽選，只要它們適合于具體的采樣速率和具體的應(yīng)用。此外，加權(quán)自適應(yīng)計(jì)算可以根據(jù)除左信道采樣信號(hào)值以外的其它信號(hào)值進(jìn)行。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到對(duì)于在本申請(qǐng)中所述實(shí)施例的各種改進(jìn)都在權(quán)利要求書所要求保護(hù)的發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中一種物質(zhì)的質(zhì)量流率的裝置，所說流量計(jì)具有流管和與所說流管相關(guān)用于產(chǎn)生指示所說流管振動(dòng)的輸出信號(hào)的傳感器，所說裝置包括用于周期地對(duì)所說傳感器輸出信號(hào)采樣和將傳感器輸出信號(hào)采樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式以產(chǎn)生一組代表所說第一和第二傳感器的輸出信號(hào)的離散采樣值的裝置，所說輸出信號(hào)中包含任何不希望有的分量；數(shù)字陷波濾波裝置，其響應(yīng)所說的離散采樣值的產(chǎn)生，用于產(chǎn)生一組離散增強(qiáng)值，每個(gè)離散增強(qiáng)值對(duì)應(yīng)于所說的一組離散采樣值中的一個(gè)采樣值，所說離散采樣值消除了不希望有的分量；相位確定裝置，其響應(yīng)所說一組離散增強(qiáng)值的產(chǎn)生，用于確定所說第一和第二傳感器的輸出信號(hào)之間的相位差；和質(zhì)量流量測(cè)量裝置，其響應(yīng)相位差的確定，用于確定流經(jīng)流管的物質(zhì)的質(zhì)量流率值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于它還包括陷波自適應(yīng)裝置，其與所說數(shù)字陷波濾波器協(xié)同操作，用于改變所說數(shù)字陷波濾波器的濾波器參數(shù)，以影響陷波消除所說第一和第二傳感器輸出信號(hào)中不希望有的分量的能力。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所說濾波器參數(shù)包括施加到所說離散采樣值以增強(qiáng)所說離散采樣值的變量多項(xiàng)式系數(shù)，其中所說變量多項(xiàng)式系數(shù)決定了所說數(shù)字陷波濾波裝置的陷波的中心頻率。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所說陷波自適應(yīng)裝置還包括用于調(diào)整為了增強(qiáng)所說離散采樣值而施加到所說離散采樣值的所說變量多項(xiàng)式系數(shù)從而改變所說數(shù)字陷波濾波裝置的中心頻率的加權(quán)自適應(yīng)裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于它還包括用于檢測(cè)所說離散增強(qiáng)值與相應(yīng)的噪聲信號(hào)的比值是否低于一個(gè)預(yù)定閾值，并響應(yīng)該檢測(cè)產(chǎn)生一個(gè)故障信號(hào)的裝置；和響應(yīng)所說故障信號(hào)的產(chǎn)生，用于調(diào)整所說變量多項(xiàng)式系數(shù)的裝置。
6.如權(quán)利要求4所述裝置，其特征在于它還包括用于檢測(cè)該變量多項(xiàng)式系數(shù)的調(diào)整過程中的不穩(wěn)定性并產(chǎn)生一個(gè)不穩(wěn)定性信號(hào)以指示所說不穩(wěn)定性檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性檢測(cè)裝置；和響應(yīng)所說不穩(wěn)定性信號(hào)的產(chǎn)生以調(diào)整所述變量多項(xiàng)式系數(shù)減少所說不穩(wěn)定性的裝置。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所說濾波器參數(shù)包括施加到所說離散采樣值以增強(qiáng)所說離散采樣值的一個(gè)變量去偏置參數(shù)，其中所說變量去偏置參數(shù)決定所說數(shù)字陷波濾波器的陷波的頻譜寬度。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所說陷波自適應(yīng)裝置還包括用于調(diào)整施加到所說離散采樣值以增強(qiáng)所說離散采樣值的所說變量去偏置參數(shù)的加權(quán)自適應(yīng)裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于它還包括用于檢測(cè)一個(gè)離散增強(qiáng)值與一個(gè)相應(yīng)的噪聲信號(hào)的比值是否低于一個(gè)預(yù)定閾值并響應(yīng)所說檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)故障信號(hào)的裝置；和響應(yīng)所說故障信號(hào)，用于調(diào)整所說變量去偏置參數(shù)的裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說相位差裝置還包括用于限定由一組所說離散增強(qiáng)值的序列值構(gòu)成的一個(gè)窗口的窗裝置；和用于抽選在所說窗口中的離散采樣值以確定所說窗口的相位值的Goertzel濾波器。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于它還包括用于對(duì)在所說窗口中的一組離散增強(qiáng)值的每一個(gè)進(jìn)行加權(quán)的Hanning窗裝置，其中加權(quán)確定為h(k)＝(1/2)(1-cos(2πk/(2N-1)))其中N為所說窗口中離散增強(qiáng)值數(shù)目的一半，k為加權(quán)h(k)所施加的值的索引。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說相位差裝置還包括用于限定一組窗口的窗裝置，所說的一組窗口中的每一個(gè)窗口包括一組所說離散增強(qiáng)值的序列值；和用于抽選在所說一組窗口的每一個(gè)窗口中的一組離散增強(qiáng)值以確定所說每個(gè)窗口的相位值的Goertzel濾波器，其中每個(gè)所說窗口包含相等數(shù)目的所說離散增強(qiáng)值，其中每個(gè)所說窗口與一個(gè)在先的窗口偏移相等數(shù)目的所說離散增強(qiáng)值。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于它還包括用于對(duì)每個(gè)所說窗口中的一組離散增強(qiáng)值中的每一個(gè)值加權(quán)的Hanning窗裝置，其中所說加權(quán)確定為h(k)＝(1/2)(1-cos(2πk/(2N-1)))其中N為所說窗口中離散增強(qiáng)值數(shù)目的一半，k為加權(quán)h(k)所施加的增強(qiáng)值的索引。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說數(shù)字陷波濾波器還包括第一數(shù)字陷波濾波器，其響應(yīng)所說的一組離散采樣值的產(chǎn)生，用于產(chǎn)生一組離散中間值，每個(gè)離散中間值對(duì)應(yīng)于所說的一組離散采樣值中的一個(gè)采樣值，所說離散采樣值中包含表示部分消除了不希望有的分量的信號(hào)；和第二數(shù)字陷波濾波器，其響應(yīng)所說的一組離散中間值的產(chǎn)生，用于產(chǎn)生所說的一組離散增強(qiáng)值，每個(gè)離散增強(qiáng)值對(duì)應(yīng)于所說的一組離散中間值中的一個(gè)離散中間值，所說的離散中間值包含表示消除了所說不希望有的分量的信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于它還包括第一陷波濾波器，其與所說的第一數(shù)字陷波濾波器協(xié)同操作，用于改變所說第一數(shù)字陷波濾波器的濾波器參數(shù)，所說參數(shù)確定了表示噪聲的信號(hào)的特性；和第二陷波濾波器，其與所說的第二數(shù)字陷波濾波器協(xié)同操作，用于改變所說第二數(shù)字陷波濾波器的濾波器參數(shù)，所說參數(shù)確定了表示噪聲的信號(hào)的特性。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所說濾波器參數(shù)包括施加到所說離散采樣值以增強(qiáng)所說離散采樣值的變量多項(xiàng)式系數(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所說第一陷波自適應(yīng)裝置還包括用于調(diào)整施加到所說離散采樣值的變量多項(xiàng)式系數(shù)以產(chǎn)生所說的一組離散中間值的加權(quán)自適應(yīng)裝置，其中所說第二陷波自適應(yīng)裝置還包括用于調(diào)整施加到所說的一組離散中間值的變量多項(xiàng)式系數(shù)以產(chǎn)生所說的一組離散增強(qiáng)值的加權(quán)自適應(yīng)裝置。
18.在一種科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中，該流量計(jì)具有一個(gè)流管裝置和與該流管裝置相關(guān)用于產(chǎn)生指示所說流管裝置的振動(dòng)的輸出信號(hào)的第一和第二傳感器，用于測(cè)量流經(jīng)所說流量計(jì)的所說流管裝置的一種物質(zhì)的質(zhì)量流率的一種方法，該方法包括以下步驟周期地將由所說第一和第二傳感器產(chǎn)生的模擬輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式以產(chǎn)生代表所說第一和第二傳感器的輸出信號(hào)的一組離散采樣值，所說輸出信號(hào)中包含不希望有的分量；將所說的一組離散采樣值施加到數(shù)字陷波濾波器中以產(chǎn)生一組離散增強(qiáng)值，每個(gè)離散增強(qiáng)值對(duì)應(yīng)于所說的一組離散采樣值中的一個(gè)采樣值，所說離散采樣值中包含表示消除了噪聲的信號(hào)；將所說一組離散增強(qiáng)值施加到相位值確定裝置以確定用所說的一組離散增強(qiáng)值指示的與流管振動(dòng)相關(guān)的相位信息；將所說相位信息施加到相位差計(jì)算裝置以確定所說第一和第二傳感器的輸出信號(hào)之間的相位差；和響應(yīng)所說的相位差的確定確定流過所說流量計(jì)的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，它還包括改變所說數(shù)字陷波濾波器的濾波器參數(shù)以調(diào)整該數(shù)字陷波濾波器補(bǔ)償流管振蕩頻率的變化。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所說濾波器參數(shù)包括施加到所說離散采樣值以增強(qiáng)所說離散采樣值的變量多項(xiàng)式系數(shù)，其中所說變量多項(xiàng)式系數(shù)決定了所說數(shù)字陷波濾波器的陷波的中心頻率。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所說改變步驟還包括調(diào)整施加到所說離散采樣值用于增強(qiáng)所說離散采樣值的所說變量多項(xiàng)式系數(shù)，以改變所說數(shù)字陷波濾波器的中心頻率的步驟。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，它還包括確定離散增強(qiáng)值與相應(yīng)的噪聲信號(hào)之間的比值；判定所說比值是否低于一個(gè)預(yù)定的閾值；響應(yīng)所說比值已經(jīng)低于所說預(yù)定閾值的判定產(chǎn)生一個(gè)故障信號(hào)；和響應(yīng)所說故障信號(hào)的產(chǎn)生調(diào)整所說變量多項(xiàng)式系數(shù)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，它還包括判定所說變量多項(xiàng)式系數(shù)是否在可接收的穩(wěn)定值范圍以外；響應(yīng)所說變量多項(xiàng)式系數(shù)不穩(wěn)定的判定結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)不穩(wěn)定信號(hào)；和響應(yīng)所說不穩(wěn)定信號(hào)的產(chǎn)生調(diào)整所說變量多項(xiàng)式系數(shù)以減少所說不穩(wěn)定性。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所說濾波器參數(shù)包括施加到所說離散采樣值以增強(qiáng)所說離散采樣值的變量去偏置參數(shù)，其中所說變量去偏置參數(shù)決定了所說數(shù)字陷波濾波器的陷波的頻譜寬度。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于所說改變所說參數(shù)的步驟還包括調(diào)整施加到所說離散采樣值以增強(qiáng)所說離散采樣值的所說變量去偏置參數(shù)的步驟。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，它還包括確定離散增強(qiáng)值與相應(yīng)的噪聲信號(hào)之間的比值；判定所說比值是否已經(jīng)低于一個(gè)預(yù)定閾值；響應(yīng)所說比值已經(jīng)低于所說預(yù)定閾值的判定產(chǎn)生一個(gè)故障信號(hào)；和響應(yīng)所說故障信號(hào)的產(chǎn)生調(diào)整所說變量去偏置參數(shù)。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于將所說相位值施加到所說相位差計(jì)算單元的步驟還包括限定由一組所說離散增強(qiáng)值的序列值構(gòu)成的一個(gè)窗口；和利用Goertzel濾波在所說窗口抽選離散增強(qiáng)值以確定所說窗口的相位值。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，它還包括確定Hanning窗口加權(quán)以對(duì)在所說窗口中的所說的一組離散增強(qiáng)值中的每一個(gè)值加權(quán)，其中加權(quán)確定為h(k)＝(1/2)(1-cos(2πk/(2N-1)))其中N為所說窗口中離散增強(qiáng)值數(shù)目的一半，k為加權(quán)h(k)所施加的值的索引。
29.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于將所說相位值施加到所說相位差計(jì)算單元的步驟還包括定義一組窗口，所說的一組窗口中的每一個(gè)窗口由一組所說離散增強(qiáng)值的序列值構(gòu)成；和利用一個(gè)Goertzel濾波器在所說的一組窗口中每一個(gè)窗口中抽選該離散增強(qiáng)值以確定所說的一組窗口中每一個(gè)窗口的相位值，其中每一個(gè)所說窗口包含相等數(shù)目的所說離散增強(qiáng)值，并且每一個(gè)所說窗口與在先的一個(gè)窗口偏移相等數(shù)目的所說離散增強(qiáng)值。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，它還包括確定Hanning窗口加權(quán)以對(duì)在所說的一組窗口中每一個(gè)窗口中的所說的一組離散增強(qiáng)值中的每一個(gè)值加權(quán)，其中加權(quán)確定為h(k)＝(1/2)(1-cos(2πk/(2N-1)))其中N為所說窗口中離散增強(qiáng)值數(shù)目的一半，k為加權(quán)h(k)所施加的值的索引。
31.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于將所說離散采樣值施加到所說數(shù)字陷波濾波器的步驟還包括操作一個(gè)第一數(shù)字陷波濾波器以產(chǎn)生一組離散中間值，每個(gè)離散中間值相應(yīng)于所說的一組離散采樣值中的一個(gè)采樣值，所說離散采樣值中包含表示部分消除了噪聲的信號(hào)；和操作一個(gè)第二數(shù)字陷波濾波器，響應(yīng)所說一組離散中間值的產(chǎn)生以產(chǎn)生一組離散增強(qiáng)值，每個(gè)離散增強(qiáng)值相應(yīng)于所說的一組離散中間值中的一個(gè)離散中間值，所說離散中間值中包含表示消除了噪聲的信號(hào)。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，它還包括操作第一陷波自適應(yīng)裝置改變所說第一數(shù)字陷波濾波器的濾波器參數(shù)，以調(diào)整所說第一數(shù)字陷波濾波器補(bǔ)償所說流管振蕩頻率的變化；和操作第二陷波自適應(yīng)裝置改變所說第二數(shù)字陷波濾波器的濾波器參數(shù)，以調(diào)整所說第二數(shù)字陷波濾波器補(bǔ)償所說流管振蕩頻率的變化。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于所說濾波器參數(shù)包括施加到所說離散采樣值以增強(qiáng)所說離散采樣值的變量多項(xiàng)式系數(shù)。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于所說改變所說第一陷波自適應(yīng)裝置的步驟還包括操作加權(quán)自適應(yīng)裝置以調(diào)整施加到所說離散采樣值的變量多項(xiàng)式系數(shù)以產(chǎn)生所說的一組離散中間值的步驟，其中操作所說第二陷波自適應(yīng)裝置的步驟還包括操作加權(quán)自適應(yīng)裝置調(diào)整施加到所說的一組離散中間值的變量多項(xiàng)式系數(shù)以產(chǎn)生所說的一組離散增強(qiáng)值的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中的振動(dòng)流管之間的頻率和相位關(guān)系的一種裝置和方法。在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)中采用了自適應(yīng)線性增強(qiáng)技術(shù)(ALE)和裝置以準(zhǔn)確地確定振動(dòng)流管之間的頻率和相位關(guān)系,從而更加精確地確定流經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)的物質(zhì)的質(zhì)量流率。在第一實(shí)施例中,使用一個(gè)自適應(yīng)陷波濾波器增強(qiáng)從振動(dòng)流管上的各個(gè)相應(yīng)傳感器輸出的信號(hào)。在第二實(shí)施例中,將一組自適應(yīng)陷波濾波器級(jí)聯(lián),以增強(qiáng)各個(gè)傳感器輸出的信號(hào)。在兩個(gè)實(shí)施例中,與各個(gè)傳感器信號(hào)相關(guān)的一個(gè)抗混疊抽選濾波器通過減少?gòu)呐c各個(gè)傳感器相關(guān)的一個(gè)固定頻率A/D采樣裝置輸出的采樣數(shù)目降低了計(jì)算的復(fù)雜程度。進(jìn)行計(jì)算調(diào)整以補(bǔ)償在固定采樣頻率與振動(dòng)流管的可變基頻之間的頻譜遺漏。盡管這樣做增加了計(jì)算復(fù)雜性,本發(fā)明仍然比現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,并且由于采用自適應(yīng)陷波濾波技術(shù),具有較好的抗噪聲特性。在陷波濾波器的加權(quán)自適應(yīng)算法中使用了試探法以提高數(shù)字濾波器的收斂性和減少濾波器的不穩(wěn)定性干擾質(zhì)量流量測(cè)量的可能性。
文檔編號(hào)G01F1/84GK1190461SQ96195446
公開日1998年8月12日 申請(qǐng)日期1996年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月12日
發(fā)明者H·V·德比, T·波西, S·拉雅 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司