[发明专利]基于重叠分组的振弦式传感器信号周期测量方法和装置

说明书

本发明提供一种基于重叠分组的振弦式传感器信号周期测量方法和装置，该方法先采集振弦式传感器输出信号的若干个有效周期值，然后根据采集到的有效周期个数确定分组数并采用重叠分组法分组，对每个分组组内的周期值求平均得到各组平均周期值，再对得到的各组平均周期值求二次平均得到二次平均值，用二次平均值估计振弦式传感器输出的信号周期的真实值。该方法能够最大程度消除干扰导致的测量误差，提高测量准确度。

技术领域

本发明涉及水利水文、城乡防汛、公共设施安全、地质灾害等自动监测技术领域，特别是一种基于重叠分组的振弦式传感器信号周期测量方法和装置，可以用于减小振弦式传感器数据采集设备的测量误差。

背景技术

在对水利水文、城乡防汛、公共设施安全、地质灾害等的安全监测中，通常采用振弦式传感器等安全监测仪器监测水利水文(或城乡防汛、公共设施安全、地质灾害)的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等物理量，用以分析判断水利水文(或城乡防汛、公共设施安全、地质灾害)的安全。一般地，振弦式传感器将被测量转化为相应频率的指数衰减正弦信号。由数据采集设备将该频率信号放大、滤波、过零比较整形后转化为方波信号，再采用等精度脉冲计数方法测量出信号周期，再求反得到频率值。

振弦式传感器输出的频率信号波形如图1所示，由于振弦式传感器输出的频率信号幅度小(约0.5～50mv，有效值)、且需要长距离传输(几百米至上千米)，容易被环境噪声及前端放大滤波电路背景噪声干扰，造成最终获得的方波频率信号的边沿(相位)抖动，从而引入计时差异，导致频率测量误差。

为减小测量误差，常规方法是采集足够多的周期数，采用求平均的方式将测量误差控制在允许的范围内。由于振弦式传感器输出的频率信号呈指数衰减，在振弦式传感器输出信号的未端信号的信噪比急剧恶化，所得方波频率信号的边沿(相位)抖动加大而引入更大的测量误差，从而无法采用求平均的方式进一步减小测量误差。

发明内容

本发明针对现有的振弦式传感器信号周期测量技术存在的缺点和不足，提供一种新型的基于重叠分组的振弦式传感器信号周期测量方法。通过采集有效的周期值并采用重叠分组法分组，用二次平均值估计振弦式传感器输出的信号周期的真实值，该方法能够最大程度消除干扰导致的测量误差，提高测量准确度。本发明还涉及一种基于重叠分组的振弦式传感器信号周期测量装置。

本发明的技术方案如下：

一种基于重叠分组的振弦式传感器信号周期测量方法，其特征在于，采集振弦式传感器输出信号的若干个有效周期值，然后根据采集到的有效周期个数确定分组数并采用重叠分组法分组，对每个分组组内的周期值求平均得到各组平均周期值，再对得到的各组平均周期值求二次平均得到二次平均值，用二次平均值估计振弦式传感器输出的信号周期的真实值。

采集振弦式传感器输出信号的若干个有效周期值具体是：通过逐周期测量的方式连续记录采集振弦式传感器输出的每个信号周期的启始时刻，由相邻两个周期启始时刻相减得到各个周期值，将测得的多个信号周期依次分为多段，计算每段周期的标准差，当某段周期的标准差大于给定阈值时停止采集信号，得到若干个有效周期值。

根据采集到的有效周期的振弦式传感器输出信号各边沿时间抖动随机过程之间独立同分布特性及每个信号边沿时间抖动随机过程的正态分布特性确定分组数，并采用移动重叠分组法分组且每组具有固定的周期个数；所述移动重叠分组法是在每两两相邻分组中的后面一个分组组内的第一个周期为前一个分组组内从第一个周期起向后移动某位的周期。

确定的分组数的公式为M＝INT((N+1)/3)，其中，INT表示取整数，N为有效周期的个数，M为分组数；采用移动重叠分组法分组且每组具有的周期个数为N-M+1，所述移动重叠分组法是第一个分组组内的第一个周期为采集到的有效周期中的第一个周期，在每两两相邻分组中的后面一个分组组内的第一个周期为前一个分组组内的第二个周期，最后一个分组组内的最后一个周期为采集到的有效周期中的最后一个周期。