科里奥利质量流量计[1](以下简称科氏流量计)具有高精度,宽量程以及可测多相流体等优势,在现行流量计中发展最为迅速一种流量计。随着数字信号处理技术发展,学者提出一些相位差测量和频率跟踪的数字处理方法。

生物序列数据复杂多样、格式各异，因此序列数据集成的关键是如何建立统一的数据模型，并实现与数据源映射对应。结合流感病毒数据自身特点和远程数据源的数据结构特点，我们选择关系数据库模型，设计了FLUDW的集成数据库概念模型（如图2）。

目前科氏流量计信号处理方法主要有:互相关法[2]、离散傅里叶变换[3-4]以及希尔伯特变换[5-6]等相位差测量方法和相位差分法、小波分析、锁相环方法、以及自适应陷波滤波等频率估计算法[7]。国内的一些学者采用自适应陷波滤波的方法进行信号频率的估算,再通过计及负频率影响的离散时间傅里叶变换DTFT(Discrete Time Fourier Transform)的方法或者是计及负频率影响的加滑动窗的DTFT方法[8](简称SDTFT)来求解相位差。上述方法在跟踪信号频率时需要消耗大量算法处理时间,然后进行频谱分析以获得相位差,在相位差计算的过程中不可避免地引入了二次误差。针对上述问题,本文提出计算信号频率和相位差均采用基于希尔伯特变换[9]的方法,即可避免文献[8]中所述方法引入的二次误差以高速实时处理科氏流量信号,并应用到本文所设计的基于DSP技术[10]的科氏流量计信号处理系统中。

CDKN3抑制细胞凋亡机制因肿瘤类型不同而不同。在乳腺癌细胞系中，通过影响Bcl-2与Bax表达抑制细胞凋亡[16]，在肝癌Huh-7细胞中，则通过影响凋亡相关活性蛋白PTEN、GSK、p44/42和AKT表达，抑制细胞凋亡[28]。此外，CDKN3促进肿瘤侵袭迁移的作用与侵袭相关蛋白MMP-2和MMP-9表达水平相关[18]。

1 科氏流量计信号模型

科氏流量计通过两路电磁式速度传感器采集流量信息信号,在理想状态下所采集的正弦信号,频率、幅值均恒定。在测量过程中,传感器输出的信号发生频率和相位的变化,主要是受到温度、环境噪声、流速和流体密度等的影响,振动管的幅值、频率则会实时变化,为此,文献[8]作者提出了时变信号模型。但在实际应用中发现,温度对于振动管的振动频率影响较大,但是温度的影响可以通过相应算法进行补偿,而其他情况对频率的影响可忽略不计。

在对国内某一型号的科氏流量计进行实时测量时发现,设定不同的流速下,两路传感器所输出正弦信号,其频率、幅值的变化不明显,但其中混有的随机噪声较大。为此,本文所采用的科氏流量计的信号模型,为正弦信号和高斯白噪声的混合信号,即:

x(n)=Asin(ω0n+φ0)+σe(n) n=1,2,…,N

(1)

本文将基于希尔伯特变换的频率估计和相位差测量方法应用到本文所设计的科氏流量计信号处理系统中,通过进行理想电信号的测试所得的估计频率以及相位差测量结果都达到了一个较高的测量精度,测试实验表明了本文所设计的基于TMS320F28335的科氏流量计信号处理系统具有较高的测量精度,能满足应用计量要求。

2 希尔伯特信号处理算法与实现

2.1 方法概述及算法原理

本文采用基于希尔伯特(Hilbert)变换的信号处理方法处理科氏流量计传感器信号。

希尔伯特变换处理器在功能上可以等效为全通滤波器,其幅频特性为1,信号通过希尔伯特变换后,其负频率成分以及正频率成分会分别产生作+90°和-90°的相移。因此,经过希尔伯特变换后的两路正弦信号,则会变成幅值相反的余弦信号,然后对两组原始信号以及两路希尔伯特变换信号进行三角组合运算,再经过反正切运算,即可计算出相位差,同时构造解析信号以求解信号的瞬时频率,图1中给出了其具体的算法原理框图。

记Var(^mH(x))=Vn(x),Bias(^mH(x))=E(^mH(x))-m(x)=Bn(x),则m(x)核估计^mH(x)的均方误差为

图1 信号处理流程框图

2.2 频率解算原理

在实际的信号处理过程中,直接采集到信号均是实信号的形式,而大部分信号实际是包含多种频率分量的复分量信号。因此,瞬时频率的解算,需要将到复分量信号分解为单分量信号,以及将实信号转换为复信号。Ville等学者提出了一种瞬时频率的定义,并被普遍接受,即对解析信号相位函数进行求导。实信号可以通过希尔伯特变换的方法构造解析信号,即转化为复信号。

法国Trivaux-Garenne校园位于住宅中，而学校内部包含了两个小学、两个护校以及各类运动中心。从鸟瞰视角来看，由于建筑层数的控制，建筑几乎占满了整个场地，跟周围民居相比，建筑形态体量庞大。校园的功能组块分为运动中心与学校综合体，学校综合体内部的空间是流通的、开放的、共享的，这充分吸纳了社会综合体的特点（图3）。

给定一实信号x(t),其希尔伯特变换信号为以此来构造解析信号z(t):

(2)

该解析信号的瞬时幅值可以表示为:

(3)

信号的瞬时相位:

(4)

看过电影《女生宿舍》的观众，一定对片中的女二号——因心生嫉妒而手段残忍的方慧茹，有着很深的印象。她一面是温柔可人的女同学，一面又是心机暗藏的女凶手，这个人物性格复杂的“双面娇娃”，就是赵多娜在2014年所诠释的一个角色。和她过去的演绎不同，这个人物让赵多娜对揣摩人物性格，挖掘人物内心活动有了更多的体悟。她说：“虽然不能说方慧茹是我饰演的最满意的角色，但她让我更加‘钻入’角色，尝试从人物内心出发，去理解、去塑造。这是一次宝贵的成长。”

2.3 实现过程

科氏流量计传感器所输出的两路理想正弦信号,其幅值、频率相等,且相位差在4°以内的。但在实际测量时发现,信号会受到大量谐波以及信号噪声的干扰。设滤波后的信号只含信号噪声,则离散化的原两路信号为式(1)所示,基于上述算法原理以及算法处理流程框图,其详细的实现步骤是:

首先,对滤波后的两路信号进行希尔伯特变换处理,得到两路发生90°相移的变换信号,然后将两路滤波信号和两路相移信号进行构造,以得到解析信号。产生的两路希尔伯特变换信号为:

(5)

由滤波后信号和希尔伯特变换信号构造的解析信号分别为z1和z2:

(6)

然后,根据三角函数及复变函数的性质解算信号的相位差和信号频率

利用三角函数的性质对两路增强信号x1(n)和x2(n)以及相对应的希尔伯特变换信号做如下组合运算:

(7)

本文采用双通道信号源DG4162产生理想信号,信号的采样频率可通过寄存器配置,在实验中设置的相位差在4°以内,频率的设置在70 Hz～150 Hz之间。

根据计量原理和实现算法可知,基于希伯特变换原理的相位差测量方法,不需要预知信号的频率,同时不受非整周期采样的影响,计算方法简易且具有瞬态特性,便于实时处理。而在获取瞬时频率时,省去了独立处理计算频率的过程,减少了科氏信号处理算法整体过程的计算量,对于实际测量信号具有较好的适用性。

3 系统方案设计

3.1 硬件系统中的关键技术

本文硬件系统采用DSP28335作为主控制芯片,这款芯片是TI公司的一款浮点DSP控制器,与以往的定点DSP相比具有较高精度、成本低、 功耗小、性能高、外设集成度高等优势,不仅能够满足复杂系统的控制,也能满足科氏质量流量计的高精度、高效率的信号处理要求。DSP28335主频最高达150 MHz,采用32 bit浮点计算,在运行本文算法的过程中提高了实时性,片上集成了丰富外设资源:6个DMA(直接存储器),3个32 bit CPU定时器,2个McBSP(多通道缓冲串口)以及丰富的GPIO通道。

[3] Shen Tingao,Tu Yaqing,Zhang Haitao,et al. A Novel Method for CMF Signal Processing Based on the Revised Sliding Recursive DTFT Algorithm[C]//Control and Decision Conference,2012 24th f. IEEE,2012:3311-3316.

图2 硬件系统电路图

3.2 软件体统设计方案

软件系统采用分模块的设计方案,主要包括DSP最小系统的配置(时钟,电源,JTAG),AD采集模块,人机接口单元,DA模块(信息的输出显示)以及看门狗单元,看门狗单元用于检测系统软件的执行情况,当程序跑飞时对DSP进行复位操作。其软件系统程序流程图如图3所示。系统上电后,主控制程序自动循环运行,先进行初始化,包括配置外扩ADC的同步采样,看门狗启动;初始化完成调用算法程序对采集的传感器信号进行算法处理,计算出两路信号的相位差以及信号频率,然后对得到的信号相位和频率信息按照算法程序进行平均处理,再根据一次仪表的参数,计算出瞬时质量流量和累计质量流量,调用输出信息,之后查询键盘标志位将再次开启信号采集及算法处理。

图3 软件系统程序流程图

[2] 杨俊,武奇生,孙宏琦. 基于相关法的相位差检测方法在科氏质量流量计中的应用研究[J]. 传感技术学报,2007,20(1):138-145.

(1)首先对预滤波后的信号进行自适应谱线增强处理,滤除信号中的随机噪声;

成本策划是以利润目标为导向，基于收益为视角，以产品定位为前提，以“三全”和全成本费用为成本管控思路[2]。成本策划是真正意义上的事前成本控制，先订立利润目标是区别于目标成本的最大特点，企业或投资者是以“经营”角度为第一维度，也就是说，所有管理行为均要以利润为先。

(2)对得到两路增强信号x1[ ],x2[ ],做Hilbert变换处理,得到两路希尔伯特变换信号分别为x1_hil[ ],x2_hil[ ];

激光雷达按照激光器工作物质的不同可以分为气体、半导体和固体激光雷达。气体激光雷达中比较有代表性的是CO2激光雷达，它工作在红外波段，其大气传输小，探测距离远，已经在大气风场和环境监测方面发挥了很大作用。半导体激光雷达具有尺寸小、价格低和驱动简单的优点，可以用于测量云的高度等。而固体激光雷达则主要被应用于探测云、雾、大气气溶胶、能见度、大气风场和温度廓线，以及大气中有害气体的成分等。根据激光与大气作用方式和探测目的的不同，又演变出多种不同类型的激光雷达，如Mie散射激光雷达、Rayleigh散射激光雷达、Raman散射激光雷达、差分吸收激光雷达和多普勒激光雷达等若干类[2，3]。

(3)根据本文第2小节所介绍的的算法处理过程,由以下算法语句实现相位差的计算:phase_diff[i]=arctan[(x2[i]*x1_hil[i]-x1[i]*x2_hil[i])/(x1[i]*x2[i]+x1_hil[i]*x2_hil[i])];

基于边缘检测的分割方法是通过相邻像素之间的特征的改变来获得不同区域之间的边缘，边缘点的判断依据是检测点的本身和与它相邻的点，具体包括局部微分算子，例如：Roberts梯度算子、Soble梯度算子和Canny算子，面对不同的超声图像，有着不同的算子、通过不同的手段来检查这些边缘点。

(4)相位信息的计算,可以通过以下语句实现:phase[ ]=atan(x1_hil[ ]/x1[ ]);然后再根据相位信息计算频率信息,frec_inst[ ]=phase[i]-phase[i-1]。

深陷腐败泥淖中的程瀚，借钱借上瘾了，连自己的连襟郑某都照“借”不误。2009年7月份左右，郑某想竞选安徽省芜湖市无为县某村镇银行行长职位，便找到自己妻子的姐夫程瀚帮忙。在程瀚的帮忙下，郑某如愿以偿。

最后将计算得到的频率以及相位信息再做平均化处理最终得到质量信息。

式中:φ′(t)是φ(t)的一阶导数,由瞬时频率的定义即可求得信号的频率φ′(t)/2π。

4 测试与分析

4.1 噪声影响分析

即使对前期的采样信号进行低通滤波处理,其滤波后的信号中依然会受到随机噪声的影响,本文对希尔伯特变换方法的相位差测量方法进行了噪声分析。信噪比SNR在0～70 dB范围内,其相位差的理论值设为0.05°,得到了如图4所示的噪声影响下的相位差。

图4 不同信噪比下的相位差测量值示意图

通过进行多次的独立实验观察到,相位差测量值与理论值的偏离程度呈现一个逐渐减小的趋势。图4表明,信噪比在大于30 dB时,相位差测量精度受到影才可以忽略不计。

4.2 理想电信号测试

对式(7)做反正切运算得相位差Δφ。对于模拟信号而言,直接对其相位函数进行求导即可得到瞬时频率,但在做算法处理时的目标信号均为离散信号,以相邻时间点对应相位的差值作为信号的频率。

表1中希尔伯特变换解析信号法将相对误差控制在了0.07%以内,测试结果表明,希尔伯特变换解析信号法所估计的频率达到了一个较高的测量精度。

药动学(PK)是临床药理学研究中药物作用机制及新型药物研究中必要的研究方向,其实验流程为:给药→采集血样或组织→样品处理、分析、测定→数据处理。在药动学研究的定量分析与定性分析中,现代色谱技术都发挥了重要作用,在定量分析中,人们常以 HPLC和液质联用,来测定不同时间点代谢物在血浆和尿液中的浓度,构建药物变化规律模型,继而计算出各项药动学参数;在定性分析中,人们常利用色谱技术来进行代谢产物的分析、鉴定、提纯,明确药物的有效成分及代谢产物。

表1 希尔伯特变换频率估计结果

给定频率/Hz希尔伯特变换频率估计法测量值/Hz相对误差/%79．078．950-0．06079．179．1510．06479．579．5310．03980．080．0450．05680．180．1220．027100．0100．0280．028120．0120．0760．063150．0150．1040．069

从表2中相对误差数据来看,基于希尔伯特变换的相位差测量方法为0.075%以下,测试结果表明,基于希尔伯特变换的相位差测量方法精度更高。

表2 希尔伯特变换相位差测量结果

初始相位差/(°)希尔伯特变换相位差测量测量值/(°)相对误差/(×10-4)0．010．01000175 1．750．020．020007063．530．050．050014362．870．100．09998435-1．570．200．200008600．430．500．49987640-2．471．001．000743087．43

5 结论

式中:N为科氏流量计信号采样点数,A为信号幅值,ω0为信号角频率,φ0为初始相位,e(n)为信号噪声,σ为噪声的幅值范围。

参考文献:

[1] Tao Wang,Roger Baker. Coriolis Flowmeters:A Review of Developments Over the Past 20 Years,and an Assessment of the State of the Art and Likely Future Directions,Flow Measurement and Instrumentation,2014,40:99-123.

本文中的算法均是先在MATLAB的仿真,然后转换C语言程序,在TI公司的软件开发平台CCS中进行运行及调试。算法模块是在DMA的中断子程序实现的,首先由主控制程序进入到DMA中断服务子程序,同时调用AD采集到的流量信号信息,分别调用不同信号处理算法进行测试,进一步根据已知参数信号计算流量。其中关键的算法处理就是频率以及相位的计算,在下面步骤给出了基于希尔伯特变换的信号处理算法:

为了避免硬件电路带来的系统误差,本文选用四通道同步采集芯片AD7606-4,将其中的两个串行输出口连接到两个多通道缓冲串口,并将两路数据直接使用DMA通道进行数据的传输,这种方式可以提高CPU的利用率。另外,丰富的GPIO口完成了本文硬件系统的LCD显示,键盘输入,电流的输出等功能的控制,其硬件电路图如图2所示。

[4] Duffill G R,Jones S M,Patten A T. Meter Electronics and Methods for Determining a Liquid Flow Fraction in a Gas Flow Material in a Gas Flow Material:U.S. Patent 7,974,792. 2011-7-5.

[5] 刘维来,赵璐,王克逸,等. 基于希尔伯特变换的科氏流量计信号处理[J]. 计量学报,2013,34(5):446-451.

[6] 林伟,蔡选献. 基于格型陷波器和Hilbert变换的科里奥利质量流量计信号处理方法[J]. 电子器件,2014,37(1):63-66.

[7] 张小飞,陶凌,邓娟,等. 基于希尔伯特-黄变换的白细胞信号分析[J]. Chinese Journal of Biomedical Engineering,2014,33(1):57-62.

[8] 杨辉跃,涂亚庆,张海涛. 基于DFT的相位差估计精度与改进方法[J]. 传感技术学报,2015,28(1):93-98.

“目标可以概括为，到2020年实现‘一保两治三减四提升’。”苏克敬表示，“一保”，即保护农村饮用水水源，农村饮水安全更有保障；“两治”，即治理农村生活垃圾和污水，实现村庄环境干净整洁有序；“三减”，即减少化肥、农药使用量和农业用水总量；“四提升”，即提升主要由农业面源污染造成的超标水体水质、农业废弃物综合利用率、环境监管能力和农村居民参与度。

[9] 林伟,赵静蕾. 一种基于希尔伯特变换的科氏流量计信号处理算法[J]. 电子器件,2016,39(4):805-809.

[10] 刘翔宇,涂亚庆,王刚,等. 基于DSP的科氏流量计变送器设计及算法验证[J]. 电子测量与仪器学报,2015(3):439-446.

赵静蕾(1989-),女,山东菏泽人,烟台南山学院助教,硕士,现从事DSP系统,数字信号处理研究及相关教学工作,1297388535@qq.com;

孙玉梅(1974-)女,山东烟台人,烟台南山学院教授,硕士,现从事嵌入式系统的研究及相关教学工作,sun5185@163.com;

相对于西方文化，中国传统文化有着自身的特殊性，“自强不息、厚德载物、父慈子孝、兄友弟恭、先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”等都是中国传统文化的重要价值取向。中国传统文化更加注重人的思想道德素养，能够明确如何做人，如何成为有道德的人的方法。

陈祥光(1953-)男,湖北人,北京理工大学教授,博士,研究方向为智能测控技术、智能仪器仪表研发技术、过程数学建模与优化方法,xgcl@bit.edu.cn。

在强度问题中，许可应力=极限应力/强度安全系数；同样，在稳定性问题中，可以定义稳定许可应力=临界应力/稳定安全系数。由此，强度计算和稳定计算有了统一的形式：轴向压力/横截面面积≤许可应力。