CN116839809B - 一种船用差压原理仪表测量修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种船用差压原理仪表测量修正方法。本发明涉及船用核动力装置设计技术领域，本发明对差压测量使用的引压管进行合理布置，减小海洋运动对测量的影响，同时针对不同海洋运动引入的附加加速度进行建模，能够通过不同的海洋运动工况下的差压测量结果进行修正，即使在剧烈海洋运动下使用，获得的测量值也能够达到足够的精度，以此保证对船用核反应堆内部运行状态的实时精准监测。
Description
技术领域
本发明涉及船用核动力装置设计技术领域，是一种船用差压原理仪表测量修正方法。
背景技术
在核反应堆内，差压测量是一种常见的信号测量方式。常见如蒸汽母管和给水母管之间的压差，各类容器中利用重位压降及密度测量液位，利用流动阻力变化特征与流量得关系测量流量，测量通常为文丘里流量计和孔板流量计。以上差压、液位及流量测量均采用差压原理仪表，使用时需要在仪表与测量点之间布置额外的引压管线。
差压测量一般应用于稳态、非运动条件下的测量，对传统的陆基反应堆是适应的。而浮动反应堆通常会受到风、浪、涌等运行的影响。海洋条件运动会引起核动力装置做倾斜、起伏、摇摆等运动，这些运动改变了热工水力***与大地坐标的相对位置，在引压管线中引入了水平或竖直方向的附加加速度，附加惯性加速度的引入在船用核动力***参数测量中造成很大的测量偏差，从而影响对反应堆运行状态的判断，因此有必要发明一种船用差压原理仪表测量修正技术，将差压原理的测量偏差控制在可接受范围内。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，本发明目的是针对上述海洋环境下差压测量方法遇到的问题，提供一种船用差压原理仪表测量修正技术，对差压测量使用的引压管进行合理布置，减小海洋运动对测量的影响，同时针对不同海洋运动引入的附加加速度进行建模，能够通过不同的海洋运动工况下的差压测量结果进行修正，即使在剧烈海洋运动下使用，获得的测量值也能够达到足够的精度，以此保证对船用核反应堆内部运行状态的实时精准监测。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种船用差压原理仪表测量修正方法，本发明提供了以下技术方案：
一种船用差压原理仪表测量修正方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：获得如摇摆角度，角加速度的实时姿态参数，修正测量偏差；
步骤2：布置引压管，修正因海洋运动导致的待测目标空间位置变化造成重位压降变化造成的影响；
步骤3：建立不同典型海洋运动下***附加力模型，修正海洋运动下因管内流动形成附加压降变化造成的影响；
步骤4：基于适用于海洋运动下卡尔曼滤波，将差压变送器数据信号进行卡尔曼滤波平滑处理，对测量进行修正。
优选地，所述步骤1具体为：根据测量环境空间合理布置差压变送器和船用惯导***，记录船用惯导***输出的实时姿态参数，如船体摇摆角度，角加速度。
优选地，所述步骤2具体为：
将差压变送器低压室引压管的水平段延伸至了容器中心，抵消运动条件下因容器半径带来的重位压降波动；低压侧引压管满水密封，降低了压差波动振幅；主要管路平行于摇摆轴布置；低压侧引压管延伸向上，同时保证摇摆过程低压侧取压点始终为整个测量装置的最高点。
优选地，根据液面高度和高压室引压管长度得到高压侧的重位压降，根据低压室的管路布置，求得液面高度的计算值：
其中，R为自由液面容器的半径，H为自由液面容器液面距压差变送器高压室的高度，L1-L2代表压差变送器高低压测引压管水平段的长度差，D代表压差变送器低压室引压管竖直段的高度，为摇摆角度，/>为液体密度，/>为重力加速度；
通过调整高压侧和低压侧的水平段长度，使得
则最终液位测量值为
此时的压差测量结果反映的是液位高度和低压侧竖直段的压差变化，两者在摇摆过程中均依照余弦规律改变，通过船用惯导***获得的摇摆角度对其进一步修正，该引压管布置方式可以抵消海洋运动下重位压降变化造成的影响，可适用于容器液位测量，若需对管路流量和压差测量时的重位压降修正，可直接通过计算求得摇摆运动下竖直管路重位压降变化：
其中，L为竖直管段长度。
优选地，所述步骤3具体为：
根据引压管的布置形式，测量引压管各段距离，根据船体的摇摆中心为坐标原点，推算引压管的起始位置坐标1和终点位置坐标2/>，并根据船用惯导***数据，计算角速度/>及角加速度/>后得到运动附加压降，摇摆条件下任一段等径管路所受到的附加压降/>如下所示：
采用一台差压变送器测量实验段压降，通过差压变送器的引压管布置及走向为例进行分析，设差压变送器测量值为Δ，则此时摇摆台上差压变送器的差压测量值为测量管段的摩擦压降和整个测压回路及引压管的附加压降之和；根据高低压关系有：
为差压变送器高压室端压力，/>为差压变送器低压室端压力
根据测量装置及其引压管回路布置及走向，确定如下关系：
其中，为a点压力，/>为b点压力，/>为bc段附加压降，/>为cd段附加压降，/>为de段附加压降，/>为ef段附加压降，/>为ag段附加压降，为gh段附加压降，/>为hi段附加压降，/>为ij段附加压降，为jk段附加压降，/>为ab段附加压降，/>为de段高度差，/>为ij段高度差，/>为ab段高度差；
由于和摇摆轴ox轴平行的引压管在流动方向上无附加压降的影响，故：
最终该管段附加压降为：
代入各引压管长度，管道长度，距摇摆轴的距离，和瞬时角速度和角加速度参数，即可求得不同摇摆周期、摇摆角度下的摇摆实验管段的理论附加压降。
优选地，流量的测量是通过孔板将速度值转化为流量值，液位的测量则通过重位压差转化，因此运动条件对流量及液位的影响同样通过以上计算附加压降的方法进行考虑，最终实现差压原理测量仪表修正。
优选地，所述步骤4具体为：
将海洋运动条件对压差测量的影响为测量噪声，在卡尔曼滤波中，Q、R分别代表过程噪声和测量噪声，根据不同海洋运动工况调试Q/R值，实现卡尔曼滤波后的值最终接近真实值；
将液位测量结果变化看作是动力学过程:
其中，为采样时间间隔，/>为自由液面的加速度，/>和/>分别表示两个相邻时间点的速度值，/>和/>分别为两个相邻时间点的液位高度；
由滤波原理得到***状态方程和测量方程分为：
其中，表示状态向量，/>表示观测真值，/>表示控制向量，/>和分别表示过程噪声矩阵和测量噪声矩阵，/>表示***的状态转移矩阵，/>代表控制矩阵，/>代表观测矩阵；
取液位的高度和速度/>为状态变量，加速度/>作为输入参数，将非线性的问题线性化，通过建立的***增广状态方程，然后给定一个预估初始状态和初始协方差就能启动Kalman滤波器：
将液位的初始高度值和估算初始液面波动的速度值作为初始状态，给定一个估算的初始协方差，启动二维滤波器就能输出一个较为稳定且与真实值相差不大的测量值，经卡尔曼滤波处理后输出结果更为稳定，提高了测量精度和收敛速度。
一种船用差压原理仪表测量修正***，所述***包括：
参数采集模块，所述参数采集模块获得如摇摆角度，角加速度的实时姿态参数，修正测量偏差；
修正模块，所述修正模块布置引压管，修正因海洋运动导致的待测目标空间位置变化造成重位压降变化造成的影响；
模型建立模块，所述模型建立模块建立不同典型海洋运动下***附加力模型，修正海洋运动下因管内流动形成附加压降变化造成的影响；
卡尔曼滤波处理模块，所述卡尔曼滤波处理模块基于适用于海洋运动下卡尔曼滤波，将差压变送器数据信号进行卡尔曼滤波平滑处理，对测量进行修正。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种船用差压原理仪表测量修正方法。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种船用差压原理仪表测量修正方法。
本发明具有以下有益效果：
本发明与现有技术相比：
本发明可靠性高，适用不同海洋运动工况，剧烈运动工况测量精度仍可保证；
本发明拓展性强，可应用于液位，流量，压差等压差原理测量修正；
本发明设计简单，使用便捷，根据惯导***姿态参数即可进行测量修正；
本发明安装及维修简单，不需要在原本测量设备其他添加新部件；
本发明适用性强，不仅适用于海洋条件，在地震工况，飞行工况等条件下均有应用场景；
本发明测量修正速度快，几乎可以实时对测量数据进行修正处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明流程图；
图2是本发明的差压原理液位测量装置示意图；
图3是本发明的差压原理液位测量引压管布置原理图；
图4是本发明的管路压差测量装置示意图；
图5是卡尔曼滤波流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1至图5所示，本发明为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：本发明提供一种船用差压原理仪表测量修正方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：获得如摇摆角度，角加速度的实时姿态参数，修正测量偏差；
步骤2：布置引压管，修正因海洋运动导致的待测目标空间位置变化造成重位压降变化造成的影响；
步骤3：建立不同典型海洋运动下***附加力模型，修正海洋运动下因管内流动形成附加压降变化造成的影响；
步骤4：基于适用于海洋运动下卡尔曼滤波，将差压变送器数据信号进行卡尔曼滤波平滑处理，对测量进行修正。
具体实施例二：
本申请实施例二与实施例一的区别仅在于：
所述步骤1具体为：根据测量环境空间合理布置差压变送器和船用惯导***，记录船用惯导***输出的实时姿态参数，如船体摇摆角度，角加速度。具体实施例三：
本申请实施例三与实施例二的区别仅在于：
所述步骤2具体为：
将差压变送器低压室引压管的水平段延伸至了容器中心，抵消运动条件下因容器半径带来的重位压降波动；低压侧引压管满水密封，降低了压差波动振幅；主要管路平行于摇摆轴布置；低压侧引压管延伸向上，同时保证摇摆过程低压侧取压点始终为整个测量装置的最高点。
具体实施例四：
本申请实施例四与实施例三的区别仅在于：
根据液面高度和高压室引压管长度得到高压侧的重位压降，根据低压室的管路布置，求得液面高度的计算值：
其中，R为自由液面容器的半径，H为自由液面容器液面距压差变送器高压室的高度，L1-L2代表压差变送器高低压测引压管水平段的长度差，D代表压差变送器低压室引压管竖直段的高度，为摇摆角度，/>为液体密度，/>为重力加速度;
通过调整高压侧和低压侧的水平段长度，使得
则最终液位测量值为
此时的压差测量结果反映的是液位高度和低压侧竖直段的压差变化，两者在摇摆过程中均依照余弦规律改变，通过船用惯导***获得的摇摆角度对其进一步修正，该引压管布置方式可以抵消海洋运动下重位压降变化造成的影响，可适用于容器液位测量，若需对管路流量和压差测量时的重位压降修正，可直接通过计算求得摇摆运动下竖直管路重位压降变化：
其中，L为竖直管段长度。
具体实施例五：
本申请实施例五与实施例四的区别仅在于：
所述步骤3具体为：
根据引压管的布置形式，测量引压管各段距离，根据船体的摇摆中心为坐标原点，推算引压管的起始位置坐标1和终点位置坐标2/>，并根据船用惯导***数据，计算角速度/>及角加速度/>后得到运动附加压降，摇摆条件下任一段等径管路所受到的附加压降/>如下所示：
采用一台差压变送器测量实验段压降，通过差压变送器的引压管布置及走向为例进行分析，设差压变送器测量值为Δ，则此时摇摆台上差压变送器的差压测量值为测量管段的摩擦压降和整个测压回路及引压管的附加压降之和；根据高低压关系有：
为差压变送器高压室端压力，/>为差压变送器低压室端压力
根据测量装置及其引压管回路布置及走向，确定如下关系：
其中，为a点压力，/>为b点压力，/>为bc段附加压降，/>为cd段附加压降，/>为de段附加压降，/>为ef段附加压降，/>为ag段附加压降，为gh段附加压降，/>为hi段附加压降，/>为ij段附加压降，为jk段附加压降，/>为ab段附加压降，/>为de段高度差，/>为ij段高度差，/>为ab段高度差；
由于和摇摆轴ox轴平行的引压管在流动方向上无附加压降的影响，故：
最终该管段附加压降为：
代入各引压管长度，管道长度，距摇摆轴的距离，和瞬时角速度和角加速度参数，即可求得不同摇摆周期、摇摆角度下的摇摆实验管段的理论附加压降。
具体实施例六：
本申请实施例六与实施例五的区别仅在于：
流量的测量是通过孔板将速度值转化为流量值，液位的测量则通过重位压差转化，因此运动条件对流量及液位的影响同样通过以上计算附加压降的方法进行考虑，最终实现差压原理测量仪表修正。
具体实施例七：
本申请实施例七与实施例六的区别仅在于：
所述步骤4具体为：
将海洋运动条件对压差测量的影响为测量噪声，在卡尔曼滤波中，Q、R分别代表过程噪声和测量噪声，根据不同海洋运动工况调试Q/R值，实现卡尔曼滤波后的值最终接近真实值；
将液位测量结果变化看作是动力学过程:
其中，为采样时间间隔，/>为自由液面的加速度，/>和/>分别表示两个相邻时间点的速度值，/>和/>分别为两个相邻时间点的液位高度；
由滤波原理得到***状态方程和测量方程分为：
其中，表示状态向量，/>表示观测真值，/>表示控制向量，/>和分别表示过程噪声矩阵和测量噪声矩阵，/>表示***的状态转移矩阵，/>代表控制矩阵，/>代表观测矩阵；
取液位的高度和速度/>为状态变量，加速度/>作为输入参数，将非线性的问题线性化，通过建立的***增广状态方程，然后给定一个预估初始状态和初始协方差就能启动Kalman滤波器：
将液位的初始高度值和估算初始液面波动的速度值作为初始状态，给定一个估算的初始协方差，启动二维滤波器就能输出一个较为稳定且与真实值相差不大的测量值，经卡尔曼滤波处理后输出结果更为稳定，提高了测量精度和收敛速度。
具体实施例八：
本申请实施例八与实施例七的区别仅在于：
本发明提供一种船用差压原理仪表测量修正***，所述***包括：
参数采集模块，所述参数采集模块获得如摇摆角度，角加速度的实时姿态参数，修正测量偏差；
修正模块，所述修正模块布置引压管，修正因海洋运动导致的待测目标空间位置变化造成重位压降变化造成的影响；
模型建立模块，所述模型建立模块建立不同典型海洋运动下***附加力模型，修正海洋运动下因管内流动形成附加压降变化造成的影响；
卡尔曼滤波处理模块，所述卡尔曼滤波处理模块基于适用于海洋运动下卡尔曼滤波，将差压变送器数据信号进行卡尔曼滤波平滑处理，对测量进行修正。
具体实施例九：
本申请实施例九与实施例八的区别仅在于：
本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如种船用差压原理仪表测量修正方法。
具体实施例十：
本申请实施例十与实施例九的区别仅在于：
本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其所述处理器执行所述计算机程序时实现种船用差压原理仪表测量修正方法。
所述方法具体为：
步骤一、根据测量环境空间合理布置差压变送器和船用惯导***，记录船用惯导***输出的实时姿态参数，如船体摇摆角度，角加速度等，用于后续测量修正使用。
步骤二、根据图2所示为差压液位测量引压管改进布置方式，将差压变送器低压室引压管的水平段延伸至了容器中心，可以完全抵消运动条件下因容器半径带来的重位压降波动；低压侧引压管满水密封，降低了压差波动振幅；主要管路平行于摇摆轴布置；低压侧引压管延伸向上，同时保证摇摆过程低压侧取压点始终为整个测量装置的最高点。改进后相对偏差进一步降低，配合惯导***获得的姿态参数进一步修正后测量误差可满足使用要求。
通过引压管抵消运动条件下因容器半径带来的重位压降波动原理如附图3所示，以横摇运动为例，横摇运动中，平行于摇摆轴的引压管内无重位压降的传递，所以可将模型简化为二维平面问题，低压室上方接至顶部中心的水平段引压管，同高压室的水平段压降及所测的液柱高度变换相抵消。自由液面在横摇条件下基本保持水平，根据液面高度和高压室引压管长度得到高压侧的重位压降，根据低压室的管路布置，求得液面高度的理论计算值：
R为自由液面容器的半径，H为自由液面容器液面距压差变送器高压室的高度，L1-L2代表压差变送器高低压测引压管水平段的长度差，D代表压差变送器低压室引压管竖直段的高度。可以通过调整高压侧和低压侧的水平段长度，使得
则最终液位测量理论值为
此时的压差测量结果反映的是液位高度和低压侧竖直段的压差变化，两者在摇摆过程中均依照余弦规律改变。但是是可以通过船用惯导***获得的摇摆角度对其进一步修正。该引压管布置方式可以抵消海洋运动下重位压降变化造成的影响，可适用于容器液位测量，如若需对管路流量和压差测量时的重位压降修正，可直接通过计算求得摇摆运动下竖直管路重位压降变化：
其中L为竖直管段长度
步骤三、当海洋运动处于不剧烈，即附加惯性力较小时，压差变送器测量值主要受重力压降影响。然而，随着外部运动激励的增强，引压管中运动附加压降的比例逐渐增加。压差变送器的测量结果不能反映真实情况。因此，有必要进一步通过运动附加压降理论修正测量结果。根据引压管的布置形式，测量引压管各段距离，根据船体的摇摆中心为坐标原点，推算引压管的起始位置和端点坐标，并根据船用惯导***数据，计算角速度及角加速度后得到运动附加压降，摇摆条件下任一段等径管路所受到的附加压降如下
如附图4所示压差测量布置图，采用一台差压变送器测量实验段压降，图中，ab段为管路，其他线段表示引压管，△P为差压变送器，ox轴为船体的摇摆轴。通过此图差压变送器的引压管布置及走向为例进行分析，设差压变送器测量值为Δ，则此时摇摆台上差压变送器的差压测量值为测量管段的摩擦压降和整个测压回路及引压管的附加压降之和。根据高低压关系，有：
依照测量装置及其引压管回路布置及走向，可以写出如下关系：
由于和摇摆轴ox轴平行的引压管在流动方向上无附加压降的影响，故：
所以最终该管段附加压降为
/>
代入各引压管长度，管道长度，距摇摆轴的距离，和瞬时角速度和角加速度参数，即可求得不同摇摆周期、摇摆角度下的摇摆实验管段的理论附加压降。
流量的测量是通过孔板将速度值转化为流量值，液位的测量则通过重位压差转化，因此运动条件对流量及液位的影响同样可通过以上计算附加压降的方法进行考虑，最终实现差压原理测量仪表修正。
步骤四、使用卡尔曼滤波，一方面以上步骤修正的测量信号可能会具有噪声毛刺，可以进一步采用卡尔曼滤波处理消除信号的毛刺或不规整性，从而进一步提高测量精度。具体方式是将海洋运动条件对压差测量的影响为测量噪声，从这点出发，卡尔曼滤波不再信任测量值，而相信期望值和真实值。在卡尔曼滤波中，Q、R分别代表过程噪声和测量噪声，根据不同海洋运动工况调试Q/R值，可以实现卡尔曼滤波后的值最终接近真实值
另一方面则是根据图5所示流程进行卡尔曼滤波，采用动力学原理对差压原理仪表测量过程进行了建模，根据该模型编写扩展卡尔曼滤波，同时可以使测量结果具有更高的稳定性，可靠性和精度。以压差液位测量为例，具体实现步骤如下
将液位测量结果变化看作是动力学过程:
式中，为采样时间间隔，/>为自由液面的加速度，/>和/>分别表示两个相邻时间点的速度值，由滤波原理得到***状态方程和测量方程分为：
式中表示状态向量，/>表示控制向量，/>表示***的状态转移矩阵，/>代表控制矩阵，/>代表观测矩阵，/>和/>分别表示过程噪声矩阵和测量噪声矩阵。该***是非线性的，通常采用扩展卡尔曼滤波方法，这能够克服数据处理过程中的不稳定问题但在强非线性跟踪能力比较差，综上所述，取液位的高度/>和速度/>为状态变量，加速度/>作为输入参数，将非线性的问题线性化。通过建立的***增广状态方程，然后给定一个预估初始状态和初始协方差就能启动Kalman滤波器：
在本发明中把液位的初始高度值和估算初始液面波动的速度值作为初始状态，给定一个估算的初始协方差，启动二维滤波器就能输出一个较为稳定且与真实值相差不大的测量值。经卡尔曼滤波处理后输出结果更为稳定，不仅避免了测量过程中采纳单方面测量值的不可靠性，同时也提高了测量精度和收敛速度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备（如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***）使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或N个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
以上所述仅是一种船用差压原理仪表测量修正方法的优选实施方式，一种船用差压原理仪表测量修正方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种船用差压原理仪表测量修正方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：
步骤1：获得摇摆角度，角加速度的实时姿态参数，修正测量偏差；
步骤2：布置引压管，修正因海洋运动导致的待测目标空间位置变化造成重位压降变化造成的影响；
步骤3：建立不同典型海洋运动下***附加力模型，修正海洋运动下因管内流动形成附加压降变化造成的影响；
步骤4：基于适用于海洋运动下卡尔曼滤波，将差压变送器数据信号进行卡尔曼滤波平滑处理，对测量进行修正；
所述步骤3具体为：
根据引压管的布置形式，测量引压管各段距离，根据船体的摇摆中心为坐标原点，推算引压管的起始位置坐标1(x1,y1,z1)和终点位置坐标2(x2,y2,z2)，并根据船用惯导***数据，计算角速度ω及角加速度β后得到运动附加压降，摇摆条件下任一段等径管路所受到的附加压降ΔPadd(12)如下所示：
采用一台差压变送器测量实验段压降，通过差压变送器的引压管布置及走向为例进行分析，设差压变送器测量值为ΔPmes，则此时摇摆台上差压变送器的差压测量值为测量管段的摩擦压降和整个测压回路及引压管的附加压降之和；根据高低压关系有：
Pmes＝Pf-Pk
Pf为差压变送器高压室端压力，Pk为差压变送器低压室端压力根据测量装置及其引压管回路布置及走向，确定如下关系：
Pf＝Pb+Padd(bc)+Padd(cd)+Padd(de)+Padd(ef)-ρghde
Pk＝Pa+Padd(ag)+Padd(gh)+Padd(hi)+Padd(ij)+Padd(jk)-ρghij
Pb＝Pa+Padd(ab)+ρghab
hde＝hab+hij
其中，Pa为a点压力，Pb为b点压力，Padd(bc)为bc段附加压降，Padd(cd)为cd段附加压降，Padd(de)为de段附加压降，Padd(ef)为ef段附加压降，Padd(ag)为ag段附加压降，Padd(gh)为gh段附加压降，Padd(hi)为hi段附加压降，Padd(ij)为ij段附加压降，Padd(jk)为jk段附加压降，Padd(ab)为ab段附加压降，hde为de段高度差，hij为ij段高度差，hab为ab段高度差；
由于和摇摆轴ox轴平行的引压管在流动方向上无附加压降的影响，故：
Padd(cd)＝0
Padd(gh)＝0
最终该管段附加压降为：
ΔPmes＝Padd(ab)+Padd(bc)+Padd(cd)+Padd(de)+Padd(ef)-Padd(ag)-Padd(gh)-Padd(hi)-Padd(ij)-Padd(jk)
代入各引压管长度，管道长度，距摇摆轴的距离，和瞬时角速度和角加速度参数，即可求得不同摇摆周期、摇摆角度下的摇摆实验管段的理论附加压降；
根据液面高度和高压室引压管长度得到高压侧的重位压降，根据低压室的管路布置，求得液面高度的计算值ΔP：
ΔP＝[(Rtanθ+H)·cosθ-(L1-L2)·sinθ-Dcosθ]·ρg
其中，R为自由液面容器的半径，H为自由液面容器液面距压差变送器高压室的高度，L1-L2代表压差变送器高低压测引压管水平段的长度差，D代表压差变送器低压室引压管竖直段的高度，θ为摇摆角度，ρ为液体密度，g为重力加速度；
通过调整高压侧和低压侧的水平段长度，使得
Rtanθcosθ＝(L1-L2)·sinθ
则最终液位测量值为
ΔP＝(H-D)cosθ
此时的压差测量结果反映的是液位高度和低压侧竖直段的压差变化，两者在摇摆过程中均依照余弦规律改变，通过船用惯导***获得的摇摆角度对其进一步修正，该引压管布置方式可以抵消海洋运动下重位压降变化造成的影响，可适用于容器液位测量，若需对管路流量和压差测量时的重位压降修正，可直接通过计算求得摇摆运动下竖直管路重位压降变化：
ΔP＝Lρgcosθ；
流量的测量是通过孔板将速度值转化为流量值，液位的测量则通过重位压差转化，因此运动条件对流量及液位的影响同样通过以上计算附加压降的方法进行考虑，最终实现差压原理测量仪表修正；
所述步骤4具体为：
将海洋运动条件对压差测量的影响为测量噪声，在卡尔曼滤波中，Q、R分别代表过程噪声和测量噪声，根据不同海洋运动工况调试Q/R值，实现卡尔曼滤波后的值最终接近真实值；
将液位测量结果变化看作是动力学过程：
vt＝vt-1+at·Δt
其中，出为采样时间间隔，at为自由液面的加速度，vt-1和vt分别表示两个相邻时间点的速度值，ht-1和ht分别为两个相邻时间点的液位高度；
由滤波原理得到***状态方程和测量方程分为：
X(K)＝F·X(K-1)+BU(K)+W(K)
Z(K)＝HX(K)+V(K)
其中，X(K)表示状态向量，Y(K)表示观测真值，U(K)表示控制向量，W(K)和V(K)分别表示过程噪声矩阵和测量噪声矩阵，F表示***的状态转移矩阵，B代表控制矩阵，H代表观测矩阵；
取液位的高度h和速度v为状态变量，加速度at作为输入参数，将非线性的问题线性化，通过建立的***增广状态方程，然后给定一个预估初始状态和初始协方差就能启动Kalman滤波器：
将液位的初始高度值和估算初始液面波动的速度值作为初始状态，给定一个估算的初始协方差，启动二维滤波器就能输出一个较为稳定且与真实值相差不大的测量值，经卡尔曼滤波处理后输出结果更为稳定，提高了测量精度和收敛速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述步骤1具体为：根据测量环境空间合理布置差压变送器和船用惯导***，记录船用惯导***输出的实时姿态参数，包括船体摇摆角度，角加速度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述步骤2具体为：
将差压变送器低压室引压管的水平段延伸至了容器中心，抵消运动条件下因容器半径带来的重位压降波动；低压侧引压管满水密封，降低了压差波动振幅；主要管路平行于摇摆轴布置；低压侧引压管延伸向上，同时保证摇摆过程低压侧取压点始终为整个测量装置的最高点。
4.一种船用差压原理仪表测量修正***，所述***基于如权利要求1所述的一种船用差压原理仪表测量修正方法，其特征是：所述***包括：
参数采集模块，所述参数采集模块获得摇摆角度，角加速度的实时姿态参数，修正测量偏差；
修正模块，所述修正模块布置引压管，修正因海洋运动导致的待测目标空间位置变化造成重位压降变化造成的影响；
模型建立模块，所述模型建立模块建立不同典型海洋运动下***附加力模型，修正海洋运动下因管内流动形成附加压降变化造成的影响；
卡尔曼滤波处理模块，所述卡尔曼滤波处理模块基于适用于海洋运动下卡尔曼滤波，将差压变送器数据信号进行卡尔曼滤波平滑处理，对测量进行修正。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-3任意一项权利要求所述的方法。
6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征是：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-3任意一项权利要求所述的方法。
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