利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2016101776536
申请人: 重庆科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种用于油井动液面检测的频率估算方法,其特征在于包括以下步骤:S1:采集油井动液面的声场信号,得到M点长度的采样信号x(n):其中Ao表示幅值,fo表示信号的频率,fs表示采样频率, 表示相位,n表示采样点序数,M为对信号的总的采样点数;

S2:对步骤S1得到的采样信号x(n)进行加窗处理;

构造K点长度的窗函数w(n),对采样信号x(n)进行加窗,得到函数:xw(n)=x(n)w(n);

S3:将步骤S2得到的加窗函数xw(n)进行离散傅里叶变换,得到频谱Xw(k);

S4:从步骤S3所得的频谱Xw(k)中寻找幅值最大的频点以及当前最大频谱幅值Xw(l)和第二大频谱幅值Xw(l±1);其中幅值最大的频点记为第一次迭代时的频率初始值l1;

S5:计算真实频率值λ0;

根据公式lm+1=lm+δm计算第m+1次迭代时频率估算值,且第m+1次迭代时频率估算值和第m个频率估算值偏差 其中: q为矩形窗与选择的窗函数的扇形损失比,|Xw(lm)|为第m次迭代时频率估算值对应的频谱幅值,|X'w(lm-1)|为|Xw(lm-1)|、|Xw(lm-0.5)|以及|Xw(lm+0.5)|之间的最大值,Xw(lm-1)为第m-

1次迭代时频率估算值对应的频谱幅值,Xw(lm-0.5)为第m次迭代时频率估算值减0.5个步长所在频点的幅值,Xw(lm+0.5)为第m次迭代时频率估算值加0.5个步长所在频点的幅值,当|lm+1-lm|<τ时,τ为预设阈值,迭代结束,并设定真实频率值λ0=lm+1;

由于不知道信号的实际频率,因此对信号的截断很难是整周期,那么进行DFT变换就会出现频谱泄露,即归一化的真实频率值λ0几乎都是出现在DFT变换后的两个谱线间,因此真实频率值λ0假设表示为:λ0=lm+δm  (2)

其中lm和δm(-0.5≤δ≤0.5)分别为整数和小数;δm为选择的窗函数第m+1次迭代时频率估算值和第m个频率估算值偏差,δm具体计算方法为:将公式(2)带入公式(1)可得到: 此处假设5

<λ0<N/2-5,则:|W(2lm+δm)|<<|W(-δm)|,最大频率幅值的表达式为:第二大的频谱幅值表达式为:

令最大与第二大频谱幅值之比为:

对于任意窗函数的归一化频谱区间[-0.5,0.5]内有:[Wc(k)]q≈Wr(k)

其中Wc(k)、Wr(k)表示任意窗函数和矩形窗的频谱,即[Wc(k)]q与Wr(k)在归一化频谱区间[-0.5,0.5]内形状几乎一样,将任意的窗函数逼近矩形窗,则矩形窗对应的最大与第二大频谱幅值之比为:其中q为矩形窗与选择的窗函数的扇形损失比,且: 其中SLr矩形窗的扇形损失,SLc为选择的窗函数的扇形损失,且窗函数的扇形损失为: 其中W(0.5)为信号最差非整周期采样的情形时候的最大谱线幅值,W(0)为信号整周期采样时最大谱线幅值;

S6:将步骤S5得到的真实频率值λ0带入公式 计算得到信号的频率fo;

当所加窗函数为矩形窗时,对其进行离散傅里叶变换为得到:当所加窗函数为三角窗时,对其进行离散傅里叶变换得到:

当所加窗函数为汉宁窗时,对其进行离散傅里叶变换得到:

2.根据权利要求1所述用于油井动液面检测的频率估算方法,其特征在于:步骤S5中矩形窗与选择的窗函数的扇形损失比q为: 其中SLr矩形窗的扇形损失,SLc为选择的窗函数的扇形损失,且窗函数的扇形损失为: 其中W(0.5)为信号最差非整周期采样的情形时候的最大谱线幅值,W(0)为信号整周期采样时最大谱线幅值。