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        電磁流量計

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        一種電磁流量計抗強干擾的實現方法

        來源:重慶川儀自動化股份有限公司作者:石磊,王剛,王波,周兵,慕長利發表時間:2017-08-22 09:26:41

             【摘要】本發明提供的一種電磁流量計抗強干擾的實現方法,所述電磁流量計至少包括:電源、外部存儲器和傳感器,所述電源為兩個,通過切換電源使勵磁電路的信號達到穩定狀態,所述外部數據存儲器采用鐵電存儲器,對傳感器信號進行數字濾波處理抑制干擾信號,并提高勵磁頻率以提高信噪比;本發明使電磁流量計提高了運行效率,降低電源噪聲對信號電路部分的干擾強度,提高了原始信號的信噪比,提高了采樣頻率,增強信號的分辨能力,還保證了高頻勵磁的零點穩定性。

         
                1.一種電磁流量計抗強干擾的實現方法,其特征在于:所述電磁流量計至少包括:電源、外部存儲器和傳感器,
                所述電源為兩個,通過切換電源使勵磁電路的信號達到穩定狀態,
                所述外部數據存儲器采用鐵電存儲器,
                對傳感器信號進行數字濾波處理抑制干擾信號,并提高勵磁頻率以提高信噪比。
        電磁流量計干擾前的電路圖
         
                2.根據權利要求1所述的電磁流量計抗強干擾的實現方法,其特征在于:使用線性穩壓器作為恒流源并在電源上增加過壓、欠壓保護電路以減小轉換器在通電和斷電時電源對轉換器的沖擊。
                3.根據權利要求2所述的電磁流量計抗強干擾的實現方法,其特征在于:所述的濾波處理包括:梳狀帶通濾波處理和灰度濾波處理。
                4.根據權利要求3所述的電磁流量計抗強干擾的實現方法,其特征在于:采用多層PCB板結構,增加各個功能模塊之間的間距以提高各功能模塊之間的抗干擾能力。
                5.根據權利要求4所述的電磁流量計抗強干擾的實現方法,其特征在于:利用勵磁線圈驅動電路提高勵磁頻率。
                6.根據權利要求5所述的電磁流量計抗強干擾的實現方法,其特征在于:所述勵磁線圈驅動電路包括:H橋及其開關驅動電路,所述H橋高端采用PNP達林頓晶體管,低端采用N溝道MOS管。
               7.根據權利要求6所述的電磁流量計抗強干擾的實現方法,其特征在于:將變壓器中的信號電源與勵磁電源分隔以減小勵磁電源對信號電源的影響。
                8.根據權利要求7所述的電磁流量計抗強干擾的實現方法,其特征在于:采用單片機進行數字濾波處理。
         
        電磁流量計抗強干擾的實現方法
        技術領域
                [0001]本發明涉及電學領域,尤其涉及一種電磁流量計抗強干擾的實現方法。
        背景技術
                [0002]目前,電磁流量計作為流量儀表領域內應用**多的流量儀表,已經應用到眾多產業領域中,尤其是上水/下水、冶金/礦山、造紙/紙漿和制藥等產業。但這些產業目前處于以下情況:中國水資源分布不勻,人們擔心也許會影響可持續發展,因此投資于上水/下水處理許多項目,投入資金預計有220億美元;在礦業方面試圖發展成全球市場的一方實力:作為植樹造林和造紙間構筑成一個完整產業鏈的國家計劃,將增加速生林500萬公頃,在造林區域附近建筑大規模現代化造紙廠;中國已有6700家以上制藥企業,也是世界急速成長的非處方銷售(OTC)藥品市場的重要部分,與其銜接的上游醫用化學藥品產業合在一起成為醫藥生產大國。
                [0003]但是,在這些發展潛力巨大的行業當中,國產電磁流量計的市場分額較少,其產品主要采用進口品牌。如造紙行業需要高濃度紙漿的測量的電磁流量計,國內產品的漿液適應性較弱,進口品牌中日本橫河電機采用雙頻勵磁技術的電磁流量計較好的解決了這一問題,在中國造紙行業中市場份額在40%左右;再如醫藥、化工行業中,國內產品尚未解決電磁流量計高精度、高可靠性等問題,市場主要被日本橫河、德國科隆、ABB,E+H等國外品牌所占據。
         
        發明內容
                    [0004]有鑒于此,本發明提供一種電磁流量計抗強干擾的實現方法,以解決國內電磁流
        量計在造紙、化工、礦山等應用場所中前期工段對粗漿料的不能穩定、準確測量的問題。
                    [0005]本發明提供的電磁流量計抗強干擾的實現方法,一種電磁流量計抗強干擾的實現
        方法,所述電磁流量計至少包括:電源、外部存儲器和傳感器,
                    [0006]所述電源為兩個,通過切換電源使勵磁電路的信號達到穩定狀態,
                    [0007〕所述外部數據存儲器采用鐵電存儲器,
                    [0008〕通過數字濾波處理,對傳感器信號進行分析和處理以抑制干擾信號,并提高勵磁頻率以提高信噪比。
                    [0009〕進一步,使用線性穩壓器作為恒流源并在電源上增加過壓、欠壓保護電路以減小轉換器在通電和斷電時電源對轉換器的沖擊。
                    [0010〕進一步,所述的濾波處理包括:梳狀帶通濾波處理和灰度濾波處理。
                    [0011]進一步,采用多層PCB板結構,增加各個功能模塊之間的間距以提高各功能模塊之間的抗干擾能力。
                    [0012]進一步,利用勵磁線圈驅動電路提高勵磁頻率。
                    [0013]進一步,所述勵磁線圈驅動電路包括:H橋及其開關驅動電路,所述H橋高端采用PNP達林頓晶體管,低端采用N溝道MOS管。
                    [0014]進一步,將變壓器中的信號電源與勵磁電源分隔以減小勵磁電源對信號電源的影口向。
                    [0015〕進一步,采用單片機進行數字濾波處理。
                    [0016]本發明的有益效果:本發明使電磁流量計提高了運行效率,引入了梳狀帶通濾波技術和灰度濾波技術,對信號進行后期濾波處理,進一步降低電源噪聲對信號電路部分的干擾強度,提高了原始信號的信噪比,**終還原出穩定的真實信號,采用高頻勵磁和雙頻勵磁技術,達到降低漿液干擾信號的目的;提高采樣頻率,增強信號的分辨能力,還保證了高頻勵磁的零點穩定性。
         
        附圖說明
                    [0017]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述:
                    [0018]圖1是本發明的勵磁控制系統示意圖。
        電磁流量計勵磁控制系統示意圖
                    [0019]圖2是本發明的梳狀帶通濾波器幅頻響應曲線示意圖。具體實施方式
                    [0020]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述:圖1是本發明的勵磁控制系統示意圖,圖2是本發明的梳狀帶通濾波器幅頻響應曲線示意圖。
        梳狀帶通濾波器幅頻響應曲線示意圖
                    [0021]所述電磁流量計至少包括:電源、外部存儲器和傳感器,
                    [0022]所述電源為兩個,通過切換電源是勵磁電路的信號達到穩定狀態,
                    [0023〕所述外部數據存儲器采用鐵電存儲器,
                    [0024]通過數字濾波處理,對傳感器信號進行分析和處理以抑制干擾信號,并提高勵磁頻率以提高信噪比。
                    [0025]如圖1,2所示,本實施例中包括硬件優化、信號處理優化和算法優化;
                    [0026]所述硬件優化包括:
                    [0027]   a l.通過對勵磁電路部分高低電源的切換,使信號快速達到穩定狀態;
                    [0028]   a2.將外部數據存儲器替換為鐵電存儲器,以簡化電路板;
                    [0029]   a3.在電源上增加了過壓、欠壓保護電路,以減小轉換器在通電和斷電時電源對轉換器的沖擊;
                    [0030]   a4.采用多層PCB板結構,增加各個功能模塊之間的間距,提高了各功能模塊之間的抗干擾能力;
                    [00311   a5.選用線性穩壓器構建恒流源,以實現電流的快速跟蹤控制。
                    [0032〕所述信號處理優化包括:
                    [0033]   b 1.采用數字濾波技術,對傳感器信號進行分析和處理,以抑制干擾信號,
                    [0034]   b2.提高勵磁頻率,以提高信噪比,
                    [0035]   b3.將變壓器中的信號電源與勵磁電源分隔,以減小勵磁電源對信號電源的影響。
                    [0036〕所述算法優化包括:
                    [0037]   c1.使用單片機對步驟bl中進行數字濾波處理,以提高電磁流量計的抗干擾力。
                    [0038]在本實施例中,步驟b2中所述勵磁頻在25Hz一400Hz之間,步驟b2中采用高頻勵
        磁和雙頻勵磁技術提高勵磁頻率,所述高頻勵磁和雙頻勵磁技術利用勵磁線圈驅動電路,保證高頻勵磁的零點穩定性。
                    [0039〕在本實施例中,所述勵磁線圈驅動電路包括:H橋及其開關驅動電路,所述H橋高端采用PNP達林頓晶體管,低端采用N溝道MOS管,以保證單雙頻勵磁時續流回路具有高阻抗,進而保證零點穩定性。
                    [0040〕在本實施例中,在電源上增加了過壓、欠壓保護功能,減小了轉換器在通電和斷電時電源對轉換器的沖擊,從而提高了轉換器的可靠性。
                    [0041]在本實施例中,PCB布板上,采用四層板結構,提高了系統地之間的完整性,增加了各個功能模塊之間的間距,提高了各功能模塊之間的抗干擾能力。針對勵磁采集電路散熱量大的問題,將之前的1歐姆采樣電阻提升到10歐姆采樣電阻。從而簡化了勵磁電流采集電路,減小了功率管上分攤的功耗,起到降低轉換器散熱量的更能,提高了轉換器的可靠性。
                    [0042〕在本實施例中,選用動態特性較好的線性穩壓器構建恒流源來實現電流的快速跟蹤控制,
                    [0043〕在本實施例中,由于其變換穩壓原理導致其動態特性較差,從而往往致使其電壓控制輸出滯后,進一步導致電流輸出超調振蕩,響應速度較慢的特性。并且綜合考慮電路參數、電流響應速度及線性穩壓器的耗散容限來選取合適的供電電壓和線性穩壓器。
                    [0044]在本實施例中,高性能電磁流量計通過運算方式的大幅度調整,使得數據處理效率提高了2到3倍,為了提高各功能模塊的處理效率,在各模塊的處理方法上均作了規模較大的調整;運算周期為0.4s;信號處理部分消耗0. 12s,其它功能消耗0.04s,余下0.24s可用來完成后期濾波設計。在本實施例中,取消了原有外部數據存儲器EEPROM,改為鐵電存儲器,使得電路板設計簡化,降低成本。
                    [0045]在本實施例中,勵磁頻率為25Hz,采樣頻率為4800Hz,采集勵磁信號末端1/4半周期信號即24點信號進行處理,因為勵磁部分需要提供高壓,但考慮到主板的可靠性和線圈電感的大小,通過實驗分析,折中選擇**高4ms的高壓激勵時長,這樣可以保證DN400口徑以下的傳感器信號能夠提供1/4半周期的穩態。轉換器完成功能有RS232通訊,LCD顯示,參數修改,數據存儲,信號處理部分。其勵磁頻率在25Hz一400Hz之間。由于漿液干擾強度與勵磁頻率呈反比,因此高頻勵磁會顯著減小漿液干擾信號強度提高信噪比,并且由于是4800Hz高速信號采集,提高了流速輸出速率,有利于對流體變化的快速響應能力,結合先進的數字信號處理技術對采集的信號進行濾波處理,達到穩定輸出的目的,濾波器幅頻響應曲線如圖2所示。
                    [0046]**后說明的是,以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制,盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解,可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換,而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍,其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
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