一种基于自相关算法的膜式燃气表快速检定方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于自相关算法的膜式燃气表快速检定方法，该方法具体为：在一段时间内等间隔采样差压信号并将所得信号数值做自相关分析，可以获得被检表的回转周期值从而计算得到回转体积。小流量点检定时，按照大或中流量点检定时所得被检膜表的回转体积值作为检定的标准通气量，通过2～3个回转体积气体时停止检定，由标准表值与被检膜表的计算通气量得到示值误差。本发明在保证测量准确度的同时大幅缩短了检定时间，提高了膜式燃气表检定的效率。
【专利说明】
一种基于自相关算法的膜式燃气表快速检定方法
技术领域
[0001] 本发明涉及膜式燃气表示值误差检定技术领域，特别是涉及一种通过自相关算法 获得膜式燃气表回转体积以提高其误差检定速度的方法。
【背景技术】
[0002] 膜式燃气表不仅是生产发展、贸易结算的计量器具，并且作为一种节约能源、提高 经济效益和管理水平的重要工具，需要积极响应国家"低碳生活、节能降耗"号召。因此，不 论在大中企业还是家庭用户，膜式燃气表都扮演了重要的角色。膜式燃气表日益增长的市 场需求，也对不断完善我国膜式燃气表检定装置和检定方法，大力推动我国城市燃气的发 展提出了更高的要求。
[0003] 燃气表检定的传统方法主要有：钟罩法、湿式表法、活塞法和音速喷嘴法等等。但 这些方法都有一个普遍的缺点就是在进行小流量点检定时用时很长。为了提高膜式燃气表 的检定效率，可通过差压法即通过检测燃气表膜盒内部往返运动件的运动情况带动的燃气 表进、出气口的压差来获得当量回转体积。小流量点检定时，按照大或中流量点检定时所得 被检膜表的回转体积值作为检定的标准通气量，通过2~3个回转体积气体时停止检定，由 标准表值与被检膜表的计算通气量得到示值误差。
[0004] 目前获得膜式燃气表回转体积的方法十分有限，由于差压信号与膜式燃气表的回 转运动具有很好的相关性，并且在现有的音速喷嘴标准检定装置进、出气口已具有差压传 感器，可直接读取后再采用自相关分析的方法得出的差压信号的周期代表燃气表的回转周 期。本文提出一种通过自相关算法获得膜式燃气表的回转体积从而提高小流量点检定速度 的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于自相关算法的膜式 燃气表快速检定方法。
[0006] 相关分析是一种常用的语音时域波形分析方法，它由相关函数来定义。相关函数 可用来测定信号间的时域相似性。如果两个信号完全不同，相关函数接近于零;如果两个信 号波形相同，就会在超前、滞后处出现峰值。自相关函数可用于研究信号本身，如波形的同 步性、周期性等等。
[0007] 对于能量信号x(n)和y(n)的互相关函数定义为：
，其 中m，n都是离散值，表示m，n时刻。rxy(m)在m时刻的值，等于将x(n)保持不动而y(n)右移m个 抽样周期，然后，两个抽样序列在所有对应时刻值相乘，再加和。如果y(n) = x(n)，则上面定 义的互相关函数变成了自相关函数：
3互相关函数表示信号y (η)延时m后的波形和信号x(n)波形的相似程度。而自相关函数表示信号x(n)的波形与自身 经过m时刻后的波形x(n+m)的相似程度。
[0008]
，即rxx(0)等于信号x(n)自身的能量。根据 功率信号的特点，rxx(〇)将趋于无穷大。因此，对于功率信号的自相关函数被定义为：
。如果x(n)是周期信号(周期信号是功率信号），其周期为T，
对于x(n)的自相关函数， 因此，周期信号的自相关函数也是周期的，且周期与原信号同周期。
[0009]由于差压信号与膜式燃气表的回转运动具有很好的相关性，可以用自相关分析的 方法得出的差压信号的周期代表燃气表的回转周期，从而计算出回转体积应用于膜式燃气 表误差的快速检定方法中。其具体步骤如下：
[0010] 1、用一个差压传感器测得膜式燃气表进气口和出气口的差压信号，这个压力差可 以推动膜式燃气表的膜片在计量室内运动，并且带动配气机构进行协调配气，使得膜片的 运动能够连续往复的进行。
[0011] 2、对步骤1获得的差压信号进行信号调理及A/D转换使其通过一个差分放大电路 再通过一个程控放大电路以达到信号调理的目的，再使其通过一个A/D模块以完成差压信 号到电压信号的转换。
[0012] 3、外接数据采集处理模块，首先对步骤2所得到的电压信号进行采样，得到离散采 样值x(n)(为了保证信号分析正确必须满足采样定理规定的采样周期）。
[0013] 4、对步骤3得到的电压信号x(n)进行自相关分析处理。自相关函数计算公式为：
，可得到信号x(n)的波形与自身经过m时刻后的波形x(n+m)的 相似程度，经过仿真可以得出rxx(m)图形呈现出周期性，且在m = 0、T、2T，出现峰值，从而得 出隐含在x(n)中的周期信号T。
[0014] 5、通过步骤4中得到的回转周期T计算得到回转体积并进行膜式燃气表误差快速 检定:流量点检定时，按照大或中流量点检定时所得被检膜表的回转体积值作为检定的标 准通气量，通过2~3个回转体积气体时停止检定，由标准表值与被检膜表的计算通气量得 到示值误差。
[0015] 本发明所采用的技术方案是：
[0016] 由上述原理，通过外接数据采集处理模块，在一段时间内等间隔采样差压信号并 将所得信号数值做自相关分析，可以获得被检表的回转周期值从而计算得到回转体积。小 流量点检定时，按照大或中流量点检定时所得被检膜表的回转体积值作为检定的标准通气 量，通过2~3个回转体积气体时停止检定，由标准表值与被检膜表的计算通气量得到示值 误差。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:在现有基于音速喷嘴的膜式燃气表示值 误差检定装置的基础上，通过自相关算法可有效获得膜式燃气表的当量回转体积，将小流 量点检定体积由原来的最小读数盘转一圈（家用表通常为l〇dm 3)减小到一个回转体积(家 用表通常为0.9-1.2dm3)，在保证测量准确度的同时大幅缩短了检定时间，提高了膜式燃 气表检定的效率。相关函数数学公式简单，即使使用低端单片机也可以实现函数算法，这为 降低系统成本提供了有利的条件。
【附图说明】
[0018] 图1为:大流量点差压传感器输出图；
[0019] 图2为:对差压信号x(n)做自相关分析图。
【具体实施方式】
[0020] 本发明提供了一种膜式燃气表示值误差检定方法。下面结合附图以及实施例对本 发明进一步说明。实施例为本发明举例，并非对该发明限定。
[0021] 膜式燃气表的回转体积是膜式燃气表计量的最基本单位。想要缩短膜式燃气表最 小流量点检定时间，可以通过减小最小流量点的通气量来实现，即把该点的检定通气量设 置为当量回转体积。
[0022] 采用双计时法来获得燃气表的回转体积:用一个光电传感器检测膜式燃气表表头 读取数字轮信号，再用一个差压传感器测得进气口和出气口的差压，这个压力差可以推动 膜式燃气表的膜片在计量室内运动，并且带动配气机构进行协调配气，使得膜片的运动能 够连续往复的进行。
[0023] 检定时将光电传感器固定在燃气表前，可以检测被检表上最小读数盘上的反光标 识。所以当燃气表表头的计数字轮每转到标识处一次时，光电传感器就会输出一个脉冲(对 于家用膜式燃气表通常对应为l〇dm 3)。采集现有的音速喷嘴检定装置的进气、出气口的差 压传感器输出的压力差信号，大流量点时差压传感器输出信号对应的电压如图1所示。经过 理论分析与实际测试均表明差压信号与膜式燃气表的回转运动具有很好的相关性，可以用 自相关性分析的方法得出的差压信号的周期代表燃气表的回转周期。
[0024] 首先将获得的差压信号进行信号调理及A/D转换，即先通过差分放大电路，再通过 程控放大电路，采用数字可编程增益仪器放大器，可直接通过GPI0 口根据信号峰值控制放 大倍数。再使其通过AD模块与处理器通过并行接口方式连接。将A/D模块BUSY引脚接到 STM32的外部中断引脚并配置为下降沿触发，这样就可以在转换完后及时读取数据。
[0025] 根据周期信号的自相关函数也是周期的，且周期与原信号同周期原理，通过外接 数据采集处理模块，首先对上述经过信号调理和A/D转换过的信号采样，得到离散采样值X U)(为了保证信号分析正确必须满足采样定理规定的采样周期）。然后对x(n)求自相关函 数，如图2所示，可以得出r xx(m)图形呈现出周期性，且在m = 0，T，2T，出现峰值，从而揭示出 隐含在x(n)中的周期信号。通过计算得到回转体积。
[0026] 大、中流量点进行检定时，工控机控制数据采集系统进行数据采集，由喷嘴滞止温 度、压力得到质量流量，再由环境温度、大气压力、流量计处温度压力算出气体在流量计处 密度，从而得到气体在流量计处的实际体积流量，即标准体积流量，然后和流量计测得的流 量进行对比，根据检定规则得出检定结果，同时计算并保存被检表的回转体积值;小流量点 检定时，按照大或中流量点检定时所得被检膜表的回转体积值作为检定的标准通气量，通 过2~3个回转体积气体时停止检定，由标准表值与被检膜表的计算通气量得到示值误差并 做合格判断。
【主权项】
1. 一种基于自相关算法的膜式燃气表快速检定方法，其特征在于：该方法具体包括W 下步骤： 步骤一：用一个差压传感器测得膜式燃气表进气口和出气口的差压信号，运个压力差 可W推动膜式燃气表的膜片在计量室内运动，并且带动配气机构进行协调配气，使得膜片 的运动能够连续往复的进行； 步骤二:对步骤一获得的差压信号进行信号调理及A/D转换使其通过一个差分放大电 路再通过一个程控放大电路W达到信号调理的目的，再使其通过一个A/D模块W完成差压 信号到电压信号的转换； 步骤Ξ:外接数据采集处理模块，首先对步骤二所得到的电压信号进行采样，得到离散 采样值x(n); 步骤四：对步骤Ξ得到的电压信号x(n)进行自相关分析处理；自相关函数计算公式为：，可得到信号x(n)的波形与自身经过m时刻后的波形x(n+m)的 相似程度，经过仿真可W得出rxx(m)图形呈现出周期性，且在m = 0、T、2T，出现峰值，从而得 出隐含在x(n)中的周期信号T; 步骤五:通过步骤四中得到的回转周期T计算得到回转体积并进行膜式燃气表误差快 速检定:流量点检定时，按照大或中流量点检定时所得被检膜表的回转体积值作为检定的 标准通气量，通过2~3个回转体积气体时停止检定，由标准表值与被检膜表的计算通气量 得到示值误差。
【文档编号】G01F25/00GK106092274SQ201610363841
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】刘冰逸楠, 毛谦敏
【申请人】中国计量大学