CN100429488C - 一种涡街流量计振动干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种涡街流量计振动干扰抑制方法，适用于涡街流量计的抗机械振动干扰和其它仪表内部的抗机械振动干扰的处理，将检测到的流量传感器的机械振动信号，转化为电压信号，取出对于流量信号产生最大干扰的振动干扰频率，用于控制Q值可调陷波器中心频率，抑制混杂于流量信号中的干扰信号，本发明方法抑制效果好，频谱抑制能力强，对于振动干扰信号的检测无相位及幅频特性要求，也不要求干扰检测传感器与流量传感器对于振动干扰检测的一致性，大幅度降低传感器制造的工艺、精度要求，具备显著的实用价值。

Description

一种涡街流量计振动干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及一种涡街流量计振动干扰的抑制方法，特别适用于涡街流量计的抗机械振动干扰和其它仪表内部的抗机械振动干扰的处理。

背景技术

目前生产的应变式涡街流量计的抗振动干扰设计，主要分为三种，第一种是采用差动放大方式，通过传感器结构设计令涡街流量信号成为差动信号，而现场的机械振动干扰信号的一部分呈现为共模信号，正好被差动工作方式的压电陶瓷所抵消，采用差动晶体相叠加方式对共模的振动进行抑制的方式对封装工艺要求高，晶体各种参数要求也非常严格，要求两个晶体在完成封装、安装后机电特性一致，从而实现电荷信号的幅频、相位特性完全一致，方可提供干扰抑制实效，实际难于实现。第二种，分别检测振动信号或振动信号和流量信号的合成，然后通过电路相减，这种形式除了能解决第一种方式中两个传感器对于干扰信号拾取的灵敏度差异问题外，对于传感器机电特性的一致性提出同样高的要求，同样难于实现，在实际应用中基本上难于见到可见的振动干扰抑制效果，甚至因相位差异造成某些频点的干扰信号相反被增强。第三种，采用现代频谱分析处理技术、滤波技术来抑制振动干扰，由于运算速率与功耗间的突出矛盾难于克服，无法提供所需精度下的信号处理的实时性，与实际推广应用还有一定的差距，实际使用效果也较差。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型的涡街流量计振动干扰的抑制技术，使它既包括已有流量计抗振技术的优点，又能克服已有技术的不足，获得可靠的抗振效果，结构简单，实时性好，通用性强，功耗低，满足实际二线制涡街流量计产品所需，主要创新在于运用电子信号处理进行干扰抑制，对机械振动干扰的检测元件与流量检测传感器无特性匹配要求，具体是这样实施的：一种涡街流量计振动干扰抑制方法，其特征在于将检测到的流量传感器的机械振动信号，转化为电压信号，取出对于流量信号产生最大干扰的振动干扰频率，用于控制Q值可调陷波器中心频率，抑制混杂于流量信号中的干扰信号。

本发明的实施方式为，参考图1：

①将混有机械振动干扰信号的流量检测传感器输出信号经电荷放大器放大，送给中心频率及Q值可控的电压可调谐陷波器；

②将振动干扰检测传感器输出信号经电荷放大、滤波放大、箝位限幅放大，经F-V转换，把频率信号转换为控制电压信号。

③用振动频率信号转化出的电压信号，即取出对于流量信号产生最大干扰的振动干扰频率，去控制送给中心频率及Q值可控的电压可调谐陷波器，动态控制电压可调谐陷波器陷波中心频率，达到抑制振动的目的，同时通过调整Q值，实现干扰抑制率的调整。

本发明中，混有机械振动干扰信号的流量检测传感器输出信号经电荷放大后，采用一个二阶有源低通滤波电路；箝位限幅放大采用具有限幅功能的有源滤波器，由一个一阶高通滤波器和一个可变的低通滤波器组成；F-V转换模块中置有施密特触发器，信号经施密特触发器整形转换为方波信号，再转换成电压信号；放大后的信号经F-V转换后，再用一个一阶低通滤波电路放大，通过电压反向器的电压信号输给电压可调谐陷波器，电压可调谐陷波器由一个场效应管组成的中心频率调节器和3个FET运放组成。

本发明所述的方法，抑制效果好，频谱抑制能力强，对于振动干扰信号的检测无相位及幅频特性要求，也不要求干扰检测传感器与流量传感器对于振动干扰检测的一致性，大幅度降低传感器制造的工艺、精度要求，具备显著的实用价值，检测电路工作稳定、可靠，全采用硬件结构设计，线性度高，线路的器件敏感度低，生产方便，可以广泛应用于受现场振动影响比较大的现场仪表的抗振动干扰设计，是一种可靠有效的将涡街流量传感器所检测到微弱频率信号中振动干扰信号进行有效抑制的信号处理方法。

附图说明

图1为本发明的方框图。

图2为本发明的电路图。

具体实施方式

一种涡街流量计振动干扰抑制方法，首先将混有机械振动干扰信号的流量检测传感器输出信号经电荷放大器放大，送给中心频率及Q值可控的电压可调谐陷波器，同时将振动干扰检测传感器输出信号经电荷放大、滤波放大、箝位限幅放大，经F-V转换，转换为控制电压信号，去控制送给中心频率及Q值可控的压控陷波器，动态控制压控陷波器中心频率，达到抑制振动的目的，同时通过调整Q值，实现干扰抑制率的调整。参考电路图，振动信号传感器XT，检测管道的振动，把振动信号由机械振动转换成电信号，再采用电荷放大器U1D对振动传感器的输出信号进阻抗变换，同时进行预放大，电荷放大器选用高输入阻抗的MOS型运放，C1、C2为隔离电容，R₁、R₂为输入电阻，C₃为反馈电容，R₃为反馈电阻，防止积分饱和，C₄、R₄用于输入平衡。为了消除或减少电路噪声和其他干扰对振动测量的影响，还需要使用低通和高通滤波电路，所以，采用U1B和U1C两个运算放大器组成两级有源放大滤波电路。第一级为一个具有固定增益的低通滤波器。主要由运算放大器U1B组成，其是一个多重反馈结构的二阶有源低通滤波电路，在通带内的增益为R₆/R₅，转折频率及Q值由R₅、R₆、C₇、R₈、C₆决定。第二级为一个具有限幅功能的有源滤波器，该滤波器由一个一阶高通滤波器和一个可变的二阶低通滤波器组成。高通截止频率由C₈、R₉和R11决定。低通滤波的截止频率由R₉、C₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂、C₁₀共同决定。在信号幅度较小时，整个有源滤波器在通带内的增益为-R₁₂/(R₁₁+R₉)；当输入信号幅度大时，二级管导通后，输出电压幅度为-(V_d+V_in×R₁₀/R₉)，这里的V_d为二级管正向压降；V_in为上一级的输出电压。为了能够控制滤波器，还需将振动频率信号转换成电压信号，这就是F-V的转换，信号先经F-V转换模块中施密特触发器整形转换为方波信号，再转换成电压信号。U1C的输出信号直接输入到U3的输入端。当U₃输出为低电平时，U3的4端接至远放的“虚地”端。在一个周期内平均放电电流为I＝q/T＝Ucc C₁₁f，输出电压＝-IR＝-UccRC₁₁f，U1A为直流放大电路，是一个一阶低通滤波电路放大，R₁₄、R_W1为反馈电阻，C₁₃为反馈电容，C₁₂为滤波电容，C₁₂、C₁₃起平滑滤波作用。U1A的输出电压送到由U2A组成的电压反向器，U2A组成的电压反向器的输出电压输出到电压可调谐陷波器的场效应管Q₁的栅极。

电压可调谐陷波器，由1个场效应管组成的中心频率调节器，3个FET运放组成。场效应管的作用是起调整陷波的中心频率。当输出入信号的频率等于此外界电压所控制的中心频率时，就把此频率抑制到最小。R_W2用于调整陷波深度，陷波深度大于50dB，U2C和U2B组成为积分器，直流增益可达2500倍，U2D运放组成为求和电路。输入流量信号Vi与本电路的电阻R17、R19、R23、R28连接点相连接，C14、R17为反馈电阻电容，起滤波作用，R16为输入电阻，R18为平衡电阻，通过R19连接到运放U2C，C14积分电容，R17另一端接信号地，R20为输入平衡，U2C的输出经中心频率调节器后输出给第二个由U2B组成的积分器，U2C的输出与C14、R31连接，R31、R21、R32连接后接场效应管Q₁的漏极，Q₁的源极接信号地，Q₁的栅极与R16相连，R32与C16相连后并接在Q₁的漏极与栅极之间，R21、R23、R22、C15相连后接运放U2B的6脚，R24为U2B的输入平衡，C15为积分电容，R22与RW2的调节端相连，U2B的输出7脚分别与电位器RW2、R25相连，R25、R27、R26相连，R27另一端接信号地，R26、R28、R29接求和放大器U2D的13脚，R30为U2D的输入平衡，R29为U2D的反馈电阻，并把U2D的输出经R18反馈到信号输入端。

Claims (6)

1.一种涡街流量计振动干扰抑制方法，其特征在于将检测到的流量传感器的机械振动信号，转化为电压信号，取出对于流量信号产生最大干扰的振动干扰频率，用于控制Q值可调陷波器中心频率，抑制混杂于流量信号中的干扰信号，具体为：

(1)将混有机械振动干扰信号的流量检测传感器输出信号经电荷放大器放大，送给中心频率及Q值可控的电压可调谐陷波器；

(2)将振动干扰检测传感器输出信号经电荷放大、滤波放大、箝位限幅放大、经F-V转换，把频率信号转换为控制电压信号；

(3)用振动频率信号转化出的电压信号，即取出对于流量信号产生最大干扰的振动干扰频率，去控制送给中心频率及Q值可控的电压可调谐陷波器，动态控制电压可调谐陷波器陷波中心频率，达到抑制振动的目的，同时通过调整Q值，实现干扰抑制率的调整。

2.根据权利要求1所述的振动干扰抑制方法，其特征在于混有机械振动干扰信号的流量检测传感器输出信号经电荷放大后，采用一个二阶有源低通滤波电路放大。

3.根据权利要求1所述的振动干扰抑制方法，其特征在于箝位限幅放大采用具有限幅功能的有源滤波器，由一个一阶高通滤波器和一个可变的低通滤波器组成。

4.根据权利要求1所述的振动干扰抑制方法，其特征在于F-V转换模块中置有施密特触发器，信号经施密特触发器整形转换为方波信号，再转换成电压信号。

5.根据权利要求1所述的振动干扰抑制方法，其特征在于放大后的信号经F-V转换后，再用一个一阶低通滤波电路放大，通过电压反向器的电压信号输给电压可调谐陷波器。

6.根据权利要求1所述的振动干扰抑制方法，其特征在于电压可调谐陷波器由一个场效应管组成的中心频率调节器和3个FET运放组成。