CN113075420A - 数字信号处理方法及其在流速测量上应用 - Google Patents

数字信号处理方法及其在流速测量上应用 Download PDF

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CN113075420A CN202110341119.5A CN202110341119A CN113075420A CN 113075420 A CN113075420 A CN 113075420A CN 202110341119 A CN202110341119 A CN 202110341119A CN 113075420 A CN113075420 A CN 113075420A
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时宁宁
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余永存
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Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
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Henan Yuanzhirui Electronic Technology Co ltd
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Henan Jiuyu Enpai Power Technology Co Ltd
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Abstract

一种数字信号处理方法及其在流速测量上的应用，数字信号为物理量测量周期T内的测量输出模拟信号经模数转换后的信号，物理量测量周期T包括激发测量时段和停止激发测量时段，包括：在物理量测量周期T内，数字信号的对应于物理量致变信号的电压为数字信号的激发测量时段的平均电压减去数字信号的停止激发测量时段的平均电压。利用同方向激发测量时段、停止同方向激发测量时段测量***的一致性，可以减少测量输出模拟信号转换为数字信号过程中掺杂的电路元器件处理测量输出模拟信号引起的微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰，可以减少***误差。

Description

数字信号处理方法及其在流速测量上应用
技术领域
本发明涉及流速测量技术领域，具体涉及一种数字信号处理方法及其在流速测量上的应用。
背景技术
电磁流量计的敏感元件的输出电压在微伏或毫伏量级，即使经放大、滤波处理后也不易于提取。而且，在放大处理过程中，噪声也同步放大，滤波处理并不能完全剔除噪声。发明人检索现有技术后，未检得适于处理电磁式流速敏感元件输出信号，以得到采样芯片能够采样的电信号，且能够降低噪声干扰的技术。
一般的，流量计的测量原理是：测量流速敏感元件处的流速，结合获得的流速敏感元件处的流道截面积，换算得到流速敏感元件处的体积流量。
现有技术中，压频转换技术多用于信号的远距离传输。比如专利文献CN106018941A记载的一种基于压频转换技术的脉冲高压测量平台及专利文献CN201947271U记载的一种基于光纤通信的压频变换调制解调装置中，均采用压频转换、频率计数、频压转换步骤实现信号的远距离传输。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字信号处理方法及其在流速测量上的应用，以降低物理量测量的***误差。
本发明的技术方案是：
一种数字信号处理方法，所述数字信号为物理量测量周期T内的测量输出模拟信号经模数转换后的信号，物理量测量周期T包括激发测量时段和停止激发测量时段，包括以下步骤：
获取数字信号的激发测量时段的平均电压VT1，以及数字信号的停止激发测量时段的平均电压VT2，则在物理量测量周期T内，数字信号的对应于物理量致变信号的电压
Vaver＝VT1-VT2 (1)
式中，Vaver为数字信号的对应于物理量致变信号的电压，VT1为数字信号的激发测量时段的平均电压，VT2为数字信号的停止激发测量时段的平均电压。
优选的，数字信号的激发测量时段的平均电压VT1的测算方法是：使用压频转换函数压频转换数字信号为第A1信号，计数第A1信号的激发测量时段内频率fT1，使用压频转换函数获取数字信号的激发测量时段的电压，则该电压为数字信号的激发测量时段的平均电压。
进一步优选的，计数第A1信号的激发测量时段内频率fT1的方法是：计数时长Tx1内的方波个数M1，频率
Figure BDA0002999607460000021
其中，Tx1＜激发测量时段的时长。
优选的，数字信号的停止激发测量时段的平均电压VT2的测算方法是：使用压频转换函数压频转换数字信号为第A1信号，计数第A1信号的停止激发测量时段内频率fT2，使用压频转换函数获取数字信号的停止激发测量时段的电压，则该电压为数字信号的停止激发测量时段的平均电压。
进一步优选的，计数第A1信号的停止激发测量时段内频率fT2的方法是：计数时长Tx2内的方波个数M2，频率
Figure BDA0002999607460000022
其中，Tx2＜停止激发测量时段的时长。
优选的，物理量测量周期T包括正向激发测量时段、停止正向激发测量时段、反向激发测量时段和停止反向激发测量时段，则在测量周期T内，数字信号的对应于物理量致变信号的电压
Figure BDA0002999607460000023
式中，Vaver为数字信号的对应于物理量致变信号的电压，
Figure BDA0002999607460000024
为数字信号的正向激发测量时段平均电压，
Figure BDA0002999607460000025
为数字信号的停止正向激发测量时段平均电压，
Figure BDA0002999607460000026
为数字信号的反向激发测量时段平均电压，
Figure BDA0002999607460000027
为数字信号的停止反向激发测量时段平均电压。
前述的数字信号处理方法在流速测量上的应用，流速敏感元件为低频矩形波励磁式流速敏感元件，包括以下步骤：
初处理流速测量输出模拟信号，得到数字信号，其中，流速测量输出模拟信号转换为数字信号的信号放大倍数为G，G≠0，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±Vad；
压频转换数字信号，以获得第A1信号，分别测算第A1信号的正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000031
第A1信号的停止正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000032
第A1信号的反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000033
第A1信号的停止反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000034
根据压频转换函数获得数字信号的正向激发测量时段平均电压
Figure BDA0002999607460000035
数字信号的停止正向激发测量时段平均电压
Figure BDA0002999607460000036
数字信号的反向激发测量时段平均电压
Figure BDA0002999607460000037
数字信号的停止反向激发测量时段平均电压
Figure BDA0002999607460000038
则数字信号的对应于流速致变信号的电压
Figure BDA0002999607460000039
式中，Vaver为数字信号的对应于流速致变信号的电压，
Figure BDA00029996074600000310
为数字信号的正向激发测量时段平均电压，
Figure BDA00029996074600000311
为数字信号的停止正向激发测量时段平均电压，
Figure BDA00029996074600000312
为数字信号的反向激发测量时段平均电压，
Figure BDA00029996074600000313
为数字信号的停止反向激发测量时段平均电压；
计取流经流速敏感元件的流速
Figure BDA00029996074600000314
式中，VQ为流经流速敏感元件的流速，Vaver为数字信号的对应于流速致变信号的电压，G为信号放大倍数，K1为流速敏感元件的流速感应电压常数。
优选的，所述压频转换函数为
V(f)＝f×(2·Vad)÷Fmax-Vad (5)
式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·Vad为模数转换电路参考电压区间，模数转换电路参考电压区间的两端极值处的频率分别对应于0、Fmax。
优选的，计取单位时间内流经流速敏感元件的体积流量
QV＝VQ·S (6)
式中，QV为单位时间内流经流速敏感元件的体积流量，VQ为流经流速敏感元件的流速，S为流速敏感元件设置处的流道截面积。
本发明的有益效果是：
1.本发明的方法利用同方向激发测量时段、停止同方向激发测量时段测量***的一致性，可以减少测量输出模拟信号转换为数字信号过程中掺杂的电路元器件处理测量输出模拟信号引起的微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰，可以减少***误差。
2.使用压频转换函数求得平均电压，有助于降低物理量微幅波动引起的信号波动造成的物理噪声干扰(应用在流速测量上，物理噪声干扰表现为流动噪声、浆液噪声)，还可以增加信号的传输距离。
3.同时使用式(3)和式(5)，极大消除了微分干扰、同相干扰，极化干扰、流动噪声、浆液噪声，串模干扰、共模干扰等，极大提高了测量精度，可以有效区分0～10m/s流速下的流速致变电信号和噪声，尤其是0～0.5m/s流速下的流速致变电信号和噪声。
附图说明
图1为一种低频矩形波励磁电路的驱动电信号示意图，图中，T为一个物理量测量周期。
图2为一种低频矩形波励磁式流速敏感元件输出的电信号，图中，T为一个物理量测量周期。
具体实施方式
下面结合附图，以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。
电磁流量计利用法拉第电磁感应原理，即：导电流体切割外加磁场时，产生感应电势。通过测量感应电动势，可以获得电磁流速敏感元件处的导电流体流速。当导体在磁场中做切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。存在以下公式：
E＝K1·VQ (7)
QV＝VQ·S (8)
式中，E为感应电势，K1为电磁流速敏感元件的系数，VQ为电磁流速敏感元件设置处的流速，QV为单位时间内流经电磁流速敏感元件设置处的体积流量，S为电磁流速敏感元件设置处的流道截面积。
一般的，电磁流速敏感元件设置在圆管内，则
Figure BDA0002999607460000051
式中，D为圆管直径，即电磁流速敏感元件的两电极间距。
此外，电磁流速敏感元件也可以设置在矩形管内，则
S＝H·L (10)
式中，H为矩形管内腔长度，L为矩形管内腔宽度，电磁流速敏感元件的两电极为与矩形管长度或宽度相平齐的电极。
理论上，在管道里介质的平均流速为零的条件下，采集到的感应电势E也为零，但是由于流体接近零点时，电磁流速传感器输出信号中含有大量的噪声：微分干扰、同相干扰，极化干扰、流动噪声、浆液噪声，串模干扰、共模干扰，这使低流速下的感应电势信号完全淹没在噪声信号之中，以至于难以区分零点和小于0.25m/s流速下的信号，甚至0.25m/s～0.5m/s流速下的信号也无法区分。
其中，励磁方式决定着电磁流速计的抗干扰能力的大小和零点稳定性。目前，主要采用低频矩形波励磁，它具有不产生涡流效应、不产生正交干扰、同相干扰，不产生极化效应等优点。
实施例1：一种数字信号处理方法，数字信号为物理量测量周期T内的测量输出模拟信号经模数转换后的信号。
测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。
设物理量测量周期T包括激发测量时段和停止激发测量时段，包括以下步骤：
获取数字信号的激发测量时段的平均电压VT1，以及数字信号的停止激发测量时段的平均电压VT2，则在物理量测量周期T内，数字信号的对应于物理量致变信号的电压
Vaver＝VT1-VT2 (11)
式中，Vaver为数字信号的对应于物理量致变信号的电压，VT1为数字信号的激发测量时段的平均电压，VT2为数字信号的停止激发测量时段的平均电压。
本实施例中的数字信号处理方法可以降低微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰对获取数字信号的对应于物理量致变信号的电压影响。
实施例2：一种数字信号处理方法，数字信号为物理量测量周期T内的测量输出模拟信号经模数转换后的信号。
测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。
设物理量测量周期T包括激发测量时段和停止激发测量时段，包括以下步骤：
使用压频转换函数压频转换数字信号为第A1信号，计数第A1信号的激发测量时段内频率fT1、第A1信号的停止激发测量时段内频率fT2，使用压频转换函数获取数字信号的激发测量时段的电压VT1、数字信号的停止激发测量时段的平均电压VT2，则数字信号的对应于物理量致变信号的电压
Vaver＝VT1-VT2 (12)
式中，Vaver为数字信号的对应于物理量致变信号的电压，VT1为数字信号的激发测量时段的平均电压，VT2为数字信号的停止激发测量时段的平均电压。
其中，计数第A1信号的激发测量时段内频率fT1的方法是：计数时长Tx1内的方波个数M1，频率
Figure BDA0002999607460000061
其中，Tx1＜激发测量时段的时长。
其中，计数第A1信号的停止激发测量时段内频率fT2的方法是：计数时长Tx2内的方波个数M2，频率
Figure BDA0002999607460000062
其中，Tx2＜停止激发测量时段的时长。
本实施例的数字信号处理方法除了可以降低微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰对获取数字信号的对应于物理量致变信号的电压影响，还可以降低物理量微幅波动引起的信号波动(物理噪声干扰)对获取数字信号的对应于物理量致变信号的电压影响。
实施例3：一种数字信号处理方法，数字信号为物理量测量周期T内的测量输出模拟信号经模数转换后的信号。
测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。
设物理量测量周期T包括正向激发测量时段、停止正向激发测量时段、反向激发测量时段和停止反向激发测量时段，包括以下步骤：
获取数字信号的正向激发测量时段平均电压
Figure BDA00029996074600000711
数字信号的停止正向激发测量时段平均电压
Figure BDA00029996074600000712
数字信号的反向激发测量时段平均电压
Figure BDA00029996074600000713
数字信号的停止反向激发测量时段平均电压
Figure BDA00029996074600000714
则在物理量测量周期T内，数字信号的对应于物理量致变信号的电压
Figure BDA0002999607460000071
式中，Vaver为数字信号的对应于物理量致变信号的电压，
Figure BDA0002999607460000072
为数字信号的正向激发测量时段平均电压，
Figure BDA0002999607460000073
为数字信号的停止正向激发测量时段平均电压，
Figure BDA0002999607460000074
为数字信号的反向激发测量时段平均电压，
Figure BDA0002999607460000075
为数字信号的停止反向激发测量时段平均电压。
实施例4：实施例1-3中的数字信号处理方法在流速测量上的应用，流速敏感元件为低频矩形波励磁式流速敏感元件，包括以下步骤：
初处理流速测量输出模拟信号，得到数字信号，其中，流速测量输出模拟信号转换为数字信号的信号放大倍数为G，G≠0，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±Vad。测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。
压频转换数字信号，以获得第A1信号，分别测算第A1信号的正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000076
第A1信号的停止正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000077
第A1信号的反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000078
第A1信号的停止反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000079
根据压频转换函数获得数字信号的正向激发测量时段平均电压
Figure BDA00029996074600000710
数字信号的停止正向激发测量时段平均电压
Figure BDA0002999607460000081
数字信号的反向激发测量时段平均电压
Figure BDA0002999607460000082
数字信号的停止反向激发测量时段平均电压
Figure BDA0002999607460000083
则数字信号的对应于流速致变信号的电压
Figure BDA0002999607460000084
式中，Vaver为数字信号的对应于流速致变信号的电压，
Figure BDA0002999607460000085
为数字信号的正向激发测量时段平均电压，
Figure BDA0002999607460000086
为数字信号的停止正向激发测量时段平均电压，
Figure BDA0002999607460000087
为数字信号的反向激发测量时段平均电压，
Figure BDA0002999607460000088
为数字信号的停止反向激发测量时段平均电压；
其中，压频转换函数可以使用
V(f)＝f×(2·Vad)÷Fmax-Vad (15)
式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·Vad为模数转换电路参考电压区间，模数转换电路参考电压区间的两端极值处的频率分别对应于0、Fmax。
计取流经流速敏感元件的流速
Figure BDA0002999607460000089
式中，VQ为流经流速敏感元件的流速，Vaver为数字信号的对应于流速致变信号的电压，G为信号放大倍数，K1为流速敏感元件的流速感应电压常数。
发明人应用于本实施例的具体参数选择为：流速敏感元件可以选择低频矩形波励磁式流速敏感元件；测量输出模拟信号为流速测量输出信号，流速测量输出信号经信号放大处理、信号滤波处理和模数转换处理后得到数字信号，其中，信号放大倍数为G＝100，信号滤波处理中将频率≥100Hz的信号进行强烈抑制和衰减，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±0.825V，即Vad＝0.825；压频转换函数中，参数Fmax取625000。该参数下，可以有效区分0～10m/s流速下的流速致变电信号和噪声，尤其是0～0.5m/s流速下的流速致变电信号和噪声。
根据流速与体积流量换算公式，还可以计取单位时间内流经流速敏感元件的体积流量
QV＝VQ·S (17)
式中，QV为流经流速敏感元件的体积流量，VQ为流经流速敏感元件的流速，S为流速敏感元件设置处的流道截面积。
实施例5：一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质，物理量计算程序包括：
输入模块，用于接收对应于测量输出模拟信号的数字信号，以及测量输出模拟信号转换为数字信号过程中模数转换电路参考电压极值为±Vad，所述测量输出模拟信号包括正向激发测量时段输出信号、停止正向激发测量时段输出信号、反向激发测量时段输出信号、停止反向激发测量时段输出信号；测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。
压频转换模块，用于根据压频转换函数转换数字信号为第A1信号；其中，压频转换函数采用
V(f)＝f×(2·Vad)÷Fmax-Vad (18)
式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·Vad为模数转换电路参考电压区间，模数转换电路参考电压区间的两端极值处的频率分别对应于0、Fmax；
频率测算模块，用于测算第A1信号的对应于正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000091
第A1信号的对应于停止正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000092
第A1信号的对应于反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000093
第A1信号的对应于停止反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000094
其中，令所述正向激发测量时段、停止正向激发测量时段、反向激发测量时段和停止反向激发测量时段的任一时段为频率计数时段，计数第A1信号的频率计数时段内频率f1的方法是：计数频率计数时段内时长Tx内的方波个数M1，频率
Figure BDA0002999607460000095
其中，Tx＜频率计数时段的时长。
物理量换算模块，根据压频转换函数获得数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000096
数字信号的对应于停止正向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000097
数字信号的对应于反向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000098
数字信号的对应于停止反向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000099
则数字信号的对应于流速致变信号的电压
Figure BDA0002999607460000101
式中，Vaver为数字信号的对应于流速致变信号的电压，
Figure BDA0002999607460000102
为数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压，
Figure BDA0002999607460000103
为数字信号的对应于停止正向激发测量时段的平均电压，
Figure BDA0002999607460000104
为数字信号的对应于反向激发测量时段的平均电压，
Figure BDA0002999607460000105
为数字信号的对应于停止反向激发测量时段的平均电压；
输出模块，用于输出数字信号的对应于流速致变信号的电压Vaver。
实施例6：一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质，物理量计算程序包括：
输入模块，用于接收对应于测量输出模拟信号的数字信号，以及测量输出模拟信号转换为数字信号过程中信号放大倍数G、模数转换电路参考电压区间2·Vad，所述测量输出模拟信号包括正向激发测量时段输出信号、停止正向激发测量时段输出信号、反向激发测量时段输出信号、停止反向激发测量时段输出信号，测量输出模拟信号为流速测量输出信号；测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。
压频转换模块，用于根据压频转换函数转换数字信号为第A1信号；其中，压频转换函数采用
V(f)＝f×(2·Vad)÷Fmax-Vad (20)
式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·Vad为模数转换电路参考电压区间，模数转换电路参考电压区间的两端极值处的频率分别对应于0、Fmax；
频率测算模块，用于测算第A1信号的对应于正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000106
第A1信号的对应于停止正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000107
第A1信号的对应于反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000108
第A1信号的对应于停止反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000109
其中，令所述正向激发测量时段、停止正向激发测量时段、反向激发测量时段和停止反向激发测量时段的任一时段为频率计数时段，计数第A1信号的频率计数时段内频率f1的方法是：计数频率计数时段内时长Tx内的方波个数M1，频率
Figure BDA0002999607460000111
其中，Tx＜频率计数时段的时长。
物理量换算模块，根据压频转换函数获得数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000112
数字信号的对应于停止正向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000113
数字信号的对应于反向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000114
数字信号的对应于停止反向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000115
则数字信号的对应于流速致变信号的电压
Figure BDA0002999607460000116
式中，Vaver为数字信号的对应于流速致变信号的电压，
Figure BDA0002999607460000117
为数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压，
Figure BDA0002999607460000118
为数字信号的对应于停止正向激发测量时段的平均电压，
Figure BDA0002999607460000119
为数字信号的对应于反向激发测量时段的平均电压，
Figure BDA00029996074600001110
为数字信号的对应于停止反向激发测量时段的平均电压；
计算流经流速敏感元件的流速
Figure BDA00029996074600001111
式中，VQ为流经流速敏感元件的流速，Vaver为物理量测量输出模拟信号的平均电压，G为信号放大倍数，K1为流速敏感元件的流速感应电压常数；
输出模块，用于输出流经流速敏感元件的流速VQ。
发明人应用于本实施例的具体参数选择为：流速敏感元件可以选择低频矩形波励磁式流速敏感元件；测量输出模拟信号为流速测量输出信号，流速测量输出信号经信号放大处理、信号滤波处理和模数转换处理后得到数字信号，其中，信号放大倍数为G＝100，信号滤波处理中将频率≥100Hz的信号进行强烈抑制和衰减，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±0.825V，即Vad＝0.825；压频转换函数中，参数Fmax取625000。该参数下，可以有效区分0～10m/s流速下的流速致变电信号和噪声，尤其是0～0.5m/s流速下的流速致变电信号和噪声。
实施例7：一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质，物理量计算程序包括：
输入模块，用于接收对应于测量输出模拟信号的数字信号，以及测量输出模拟信号转换为数字信号过程中信号放大倍数G、模数转换电路参考电压区间2·Vad、流速敏感元件设置处的流道截面积S，所述测量输出模拟信号包括正向激发测量时段输出信号、停止正向激发测量时段输出信号、反向激发测量时段输出信号、停止反向激发测量时段输出信号，测量输出模拟信号为流速测量输出信号；测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。
压频转换模块，用于根据压频转换函数转换数字信号为第A1信号；其中，压频转换函数采用
V(f)＝f×(2·Vad)÷Fmax-Vad (23)
式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·Vad为模数转换电路参考电压区间，模数转换电路参考电压区间的两端极值处的频率分别对应于0、Fmax；
频率测算模块，用于测算第A1信号的对应于正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000121
第A1信号的对应于停止正向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000122
第A1信号的对应于反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000123
第A1信号的对应于停止反向激发测量时段的信号频率
Figure BDA0002999607460000124
其中，令所述正向激发测量时段、停止正向激发测量时段、反向激发测量时段和停止反向激发测量时段的任一时段为频率计数时段，计数第A1信号的频率计数时段内频率f1的方法是：计数频率计数时段内时长Tx内的方波个数M1，频率
Figure BDA0002999607460000125
其中，Tx＜频率计数时段的时长。
物理量换算模块，根据压频转换函数获得数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000126
数字信号的对应于停止正向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000127
数字信号的对应于反向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000128
数字信号的对应于停止反向激发测量时段的平均电压
Figure BDA0002999607460000129
则数字信号的对应于流速致变信号的电压
Figure BDA00029996074600001210
式中，Vaver为数字信号的对应于流速致变信号的电压，
Figure BDA0002999607460000131
为数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压，
Figure BDA0002999607460000132
为数字信号的对应于停止正向激发测量时段的平均电压，
Figure BDA0002999607460000133
为数字信号的对应于反向激发测量时段的平均电压，
Figure BDA0002999607460000134
为数字信号的对应于停止反向激发测量时段的平均电压；
物理量换算模块还用于计算单位时间内流经流速敏感元件的体积流量
Figure BDA0002999607460000135
式中，QV为单位时间内流经流速敏感元件的体积流量，Vaver为数字信号的对应于测量周期T时段的平均电压，S为流速敏感元件设置处的流道截面积，G为信号放大倍数，K1为流速敏感元件的流速感应电压常数；
输出模块，用于输出单位时间内流经流速敏感元件的体积流量QV。
实施例8：一种电磁式流速计，包括电磁式流速敏感元件、放大滤波电路、采样电路和可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件的计算机可读介质内存储有实施例6所述的物理量计算程序，或者，所述可编程逻辑器件连接有实施例6所述的存储有物理量计算程序的计算机可读介质，所述物理量为流速。
其中，电磁式流速敏感元件可以选择低频矩形波励磁式流速敏感元件。
实施例9：一种电磁式流量计，包括电磁式流速敏感元件、放大滤波电路、采样电路和可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件的计算机可读介质内存储有实施例7所述的物理量计算程序，或者，所述可编程逻辑器件连接有实施例7所述的存储有物理量计算程序的计算机可读介质。
其中，电磁式流速敏感元件可以选择低频矩形波励磁式流速敏感元件。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽地说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明得发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本发明隐含公开的内容。

Claims (9)

1.一种数字信号处理方法，所述数字信号为物理量测量周期T内的测量输出模拟信号经模数转换后的信号，其特征在于，物理量测量周期T包括激发测量时段和停止激发测量时段，包括以下步骤：
获取数字信号的激发测量时段的平均电压VT1，以及数字信号的停止激发测量时段的平均电压VT2，则在物理量测量周期T内，数字信号的对应于物理量致变信号的电压
Vaver＝VT1-VT2 (1)
式中，Vaver为数字信号的对应于物理量致变信号的电压，VT1为数字信号的激发测量时段的平均电压，VT2为数字信号的停止激发测量时段的平均电压。
2.如权利要求1所述的数字信号处理方法，其特征在于，数字信号的激发测量时段的平均电压VT1的测算方法是：使用压频转换函数压频转换数字信号为第A1信号，计数第A1信号的激发测量时段内频率fT1，使用压频转换函数获取数字信号的激发测量时段的电压，则该电压为数字信号的激发测量时段的平均电压。
3.如权利要求2所述的数字信号处理方法，其特征在于，计数第A1信号的激发测量时段内频率fT1的方法是：计数时长Tx1内的方波个数M1，频率
Figure FDA0002999607450000011
其中，Tx1＜激发测量时段的时长。
4.如权利要求1所述的数字信号处理方法，其特征在于，数字信号的停止激发测量时段的平均电压VT2的测算方法是：使用压频转换函数压频转换数字信号为第A1信号，计数第A1信号的停止激发测量时段内频率fT2，使用压频转换函数获取数字信号的停止激发测量时段的电压，则该电压为数字信号的停止激发测量时段的平均电压。
5.如权利要求4所述的数字信号处理方法，其特征在于，计数第A1信号的停止激发测量时段内频率fT2的方法是：计数时长Tx2内的方波个数M2，频率
Figure FDA0002999607450000012
其中，Tx2＜停止激发测量时段的时长。
6.如权利要求1所述的数字信号处理方法，其特征在于，物理量测量周期T包括正向激发测量时段、停止正向激发测量时段、反向激发测量时段和停止反向激发测量时段，则在测量周期T内，数字信号的对应于物理量致变信号的电压
Figure FDA0002999607450000021
式中，Vaver为数字信号的对应于物理量致变信号的电压，
Figure FDA0002999607450000022
为数字信号的正向激发测量时段平均电压，
Figure FDA0002999607450000023
为数字信号的停止正向激发测量时段平均电压，
Figure FDA0002999607450000024
为数字信号的反向激发测量时段平均电压，
Figure FDA0002999607450000025
为数字信号的停止反向激发测量时段平均电压。
7.如权利要求1所述的数字信号处理方法在流速测量上的应用，其特征在于，流速敏感元件为低频矩形波励磁式流速敏感元件，包括以下步骤：
初处理流速测量输出模拟信号，得到数字信号，其中，流速测量输出模拟信号转换为数字信号的信号放大倍数为G，G≠0，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±Vad；
压频转换数字信号，以获得第A1信号，分别测算第A1信号的正向激发测量时段的信号频率
Figure FDA0002999607450000026
第A1信号的停止正向激发测量时段的信号频率
Figure FDA0002999607450000027
第A1信号的反向激发测量时段的信号频率
Figure FDA0002999607450000028
第A1信号的停止反向激发测量时段的信号频率
Figure FDA0002999607450000029
根据压频转换函数获得数字信号的正向激发测量时段平均电压
Figure FDA00029996074500000210
数字信号的停止正向激发测量时段平均电压
Figure FDA00029996074500000211
数字信号的反向激发测量时段平均电压
Figure FDA00029996074500000212
数字信号的停止反向激发测量时段平均电压
Figure FDA00029996074500000213
则数字信号的对应于流速致变信号的电压
Figure FDA00029996074500000214
式中，Vaver为数字信号的对应于流速致变信号的电压，
Figure FDA00029996074500000215
为数字信号的正向激发测量时段平均电压，
Figure FDA00029996074500000216
为数字信号的停止正向激发测量时段平均电压，
Figure FDA00029996074500000217
为数字信号的反向激发测量时段平均电压，
Figure FDA00029996074500000218
为数字信号的停止反向激发测量时段平均电压；
计取流经流速敏感元件的流速
Figure FDA00029996074500000219
式中，VQ为流经流速敏感元件的流速，Vaver为数字信号的对应于流速致变信号的电压，G为信号放大倍数，K1为流速敏感元件的流速感应电压常数。
8.如权利要求7所述的数字信号处理方法在流速测量上的应用，其特征在于，所述压频转换函数为
V(f)＝f×(2·Vad)÷Fmax-Vad (5)
式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·Vad为模数转换电路参考电压区间，模数转换电路参考电压区间的两端极值处的频率分别对应于0、Fmax。
9.如权利要求7所述的数字信号处理方法在流速测量上的应用，其特征在于，计取单位时间内流经流速敏感元件的体积流量
QV＝VQ·S (6)
式中，QV为单位时间内流经流速敏感元件的体积流量，VQ为流经流速敏感元件的流速，S为流速敏感元件设置处的流道截面积。
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