CN101825485A - 涡街流量计的自适应信号处理电路及其信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种涡街流量计的自适应信号处理电路及其信号处理方法，涉及流量计技术领域，所解决的是扩展量程范围，提高抗干扰能力及测量精度的技术问题。该电路包括涡街流量传感器、可变频率增益滤波芯片、施密特触发器、电平转换三极管、第一整形芯片、第二整形芯片、锁相环芯片和计数器；所述涡街流量传感器的输出信号分成两路，其中一路输入可变频率增益滤波芯片，另一路依次经施密特触发器、电平转换三极管、第一整形芯片输入锁相环芯片，再由锁相环芯片和计数器转换为倍频方波输入可变频率增益滤波器的时钟输入端，可变频率增益滤波芯片根据接收到的倍频方波自适应改变滤波中心频率和增益。本发明提供的电路和方法，能实现全口径精确测量。

Description

涡街流量计的自适应信号处理电路及其信号处理方法
技术领域
本发明涉及流量计的技术，特别是涉及一种涡街流量计的自适应信号处理电路及其信号处理方法的技术。
背景技术
涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量，涡街流量计在实际应用中会因测量气液介质不同，现场安装精度及配管精度、直管段长度不足而导致信号频谱中普遍存在较强的低频扰动，其它如流动噪音、共振干扰、管道机械振动等各类干扰信号覆盖整个信号频谱范围。由于涡街流量信号具备信号频谱宽、最程比范围大以及涡街信号的强度正比于涡街信号频率的平方的特点，因此信号幅度的差异高达10000倍。
如图3所示，传统的涡街信号处理电路都根据涡街信号固有的幅频特性，流量传感器采集的信号经电荷放大器后，采用一阶滤波放大、限幅放大的电路方式，将信号幅度放大到相同水平，以便后级电路进行频率检测。这种传统的涡街信号处理电路处理1∶100量程范围的涡街信号时，会由于滤波频率固定而导致低频干扰信号被大幅度放大，使得真正的涡街信号被淹没，从而导致后级频率检测电路产生“丢波”或“削波”现象，甚至将低频干扰信号错误地识别为流量信号，导致涡街信号的精度大幅下降，而且限幅电路本质上的强烈非线性则会导致信号谐波的大量产生，并令各频率分量互调，使得信号频谱劣化、干扰甚至破坏真实涡街信号频率的拾取，也会降低涡街信号的精度。因此，传统的涡街信号处理电路仅可处理约1∶5量程范围的涡街信号，从而限制了其应用，不能直正实现全口径精确测量。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种量程范围大、抗干扰能力强、测量精度高，能实现全口径精确测量的涡街流量计的自适应信号处理电路及其信号处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种涡街流量计的自适应信号处理电路，包括涡街流量传感器，其特征在于：还包括可变频率增益滤波芯片、施密特触发器、电平转换三极管、第一整形芯片、第二整形芯片、锁相环芯片和计数器；
所述可变频率增益滤波芯片设有信号输入端、信号输出端和时钟输入端；
所述锁相环芯片设有信号输入端、信号输出端和比相输入端；
所述计数器设有信号输入端和分频信号输出端；
所述涡街流量传感器的输出信号分成两路，其中一路经滤波反馈放大电路接入可变频率增益滤波芯片的信号输入端，另一路依次经施密特触发器、电平转换三极管、第一整形芯片接入锁相环芯片的信号输入端；
所述锁相环芯片的信号输出端连接计数器的信号输入端，并经第二整形芯片连接可变频率增益滤波器的时钟输入端，所述计数器的分频信号输出端接到锁相环芯片的比相输入端。
本发明所提供的涡街流量计的自适应信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：利用涡街流量传感器采集涡街信号，并将所采集的涡街信号分两路输出，第一路涡街信号经滤波反馈放大电路输入可变频率增益滤波芯片，第二路涡街信号先经施密特触发器转换成方波信号，再经电平转换三极管进行电平转换、经第一整形芯片进行整形处理后输入锁相环芯片，然后再由锁相环芯片和计数器进行倍频处理后转换为倍频方波，然后再经第二整形芯片进行整形处理后接到可变频率增益滤波器的时钟输入端，可变频率增益滤波芯片根据接收到的倍频方波自适应改变处理第一路涡街信号的滤波中心频率和增益，并通过其信号输出端输出处理后涡街信号。
本发明提供的涡街流量计的自适应信号处理电路及其信号处理方法，将涡街信号分成两路，第一路作为可变频率增益滤波芯片的输入，第二路通过施密特触发器、电平转换三极管、第一整形芯片、锁相环芯片和计数器转换为与第一路信号的频率及信号强度相对应的控制信号控制可变频率增益滤波芯片的滤波中心频率和增益，针对不同口径不同介质的全信号频谱范围的噪声信号，可变频率增益滤波芯片的滤波中心频率能从1HZ至3KHz的范围内自适应的调整，不会导致低频干扰信号被大幅度放大，能避免后级频率检测电路产生“丢波”或“削波”现象，电路输出信号频谱与原始信号相比不会产生明显变化，而且针对不同强度的信号，可变频率增益滤波芯片能自适应调整输出电平，能避免信噪比的下降，确保信号稳定；因此，本发明具有量程范围大、抗干扰能力强、测量精度高的特点，能实现全口径精确测量。
附图说明
图1是本发明实施例的涡街流量计的自适应信号处理电路的结构框图；
图2是本发明实施例的涡街流量计的自适应信号处理电路的电路图；
图3是现有的涡街信号处理电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1-图2所示，本发明实施例所提供的一种涡街流量计的自适应信号处理电路，包括涡街流量传感器F、可变频率增益滤波芯片U3_F、施密特触发器U4_FA、电平转换三极管Q1_F、第一整形芯片U5_FA、第二整形芯片U5_FF、锁相环芯片U1_F和计数器U2_F；
所述可变频率增益滤波芯片U3_F设有信号输入端(管脚2、3、4)、信号输出端(管脚13、14、15)、时钟输入端(管脚9)和控制电压输入端(管脚11)；
所述锁相环芯片U1_F设有信号输入端(管脚14)、信号输出端(管脚4)和比相输入端(管脚3)；
所述计数器U2_F设有信号输入端(管脚1)和分频信号输出端(管脚14)；
所述涡街流量传感器F的输出信号分成两路，其中一路经由电阻R12_F、R13_F、R14_F组成的滤波反馈放大电路接入可变频率增益滤波芯片U3_F的信号输入端(管脚2、3、4)，另一路依次经施密特触发器U4_FA、电平转换三极管Q1_F、第一整形芯片U5_FA接入锁相环芯片U1_F的信号输入端(管脚14)；
所述锁相环芯片U1_F的信号输出端(管脚4)连接计数器U2_F的信号输入端(管脚1)，并经第二整形芯片U5_FF连接可变频率增益滤波器U3_F的时钟输入端(管脚9)，所述计数器U2_F的分频信号输出端(管脚14)接到锁相环芯片U1_F的比相输入端(管脚3)；
所述可变频率增益滤波芯片U3_F经其信号输出端(管脚13、14、15)输出处理后的涡街信号Fout，而且其信号输出端(管脚13、14、15)接有由电阻R15_F、R17_F、R16_F组成的滤波反馈放大电路，其控制电压输入端(管脚11)经分压电阻R18_F连接电源VCC，并经分压电阻R19_F和退藕滤波电容C4_F连接电平转换三极管Q1_F的发射极；
本发明实施例中，所述锁相环芯片U1_F的型号为MC14046，所述计数器U2_F的型号为CD4158，所述施密特触发器U4_FA是型号为TL062ACD的运放芯片；
本发明实施例所提供的涡街流量计的自适应信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：利用涡街流量传感器F采集涡街信号，并将所采集的涡街信号分两路输出，第一路涡街信号经滤波反馈放大电路输入可变频率增益滤波芯片U3_F，第二路涡街信号先经施密特触发器U4_FA转换成方波信号，再经电平转换三极管Q1_F进行电平转换后成为0至Vcc的方波，然后再经第一整形芯片U5_FA进行整形处理后输入锁相环芯片U1_F，然后再由锁相环芯片U1_F和计数器U2_F进行倍频处理后转换为100倍频方波，然后再经第二整形芯片U5_FF进行整形处理后接到可变频率增益滤波器U3_F的时钟输入端，可变频率增益滤波芯片U3_F根据接收到的100倍频方波自适应改变处理第一路涡街信号的滤波中心频率和增益，并通过其信号输出端(管脚13、14、15)输出处理后涡街信号Fout。

Claims (2)

1.一种涡街流量计的自适应信号处理电路，包括涡街流量传感器，其特征在于：还包括可变频率增益滤波芯片、施密特触发器、电平转换三极管、第一整形芯片、第二整形芯片、锁相环芯片和计数器；
所述可变频率增益滤波芯片设有信号输入端、信号输出端和时钟输入端；
所述锁相环芯片设有信号输入端、信号输出端和比相输入端；
所述计数器设有信号输入端和分频信号输出端；
所述涡街流量传感器的输出信号分成两路，其中一路经滤波反馈放大电路接入可变频率增益滤波芯片的信号输入端，另一路依次经施密特触发器、电平转换三极管、第一整形芯片接入锁相环芯片的信号输入端；
所述锁相环芯片的信号输出端连接计数器的信号输入端，并经第二整形芯片连接可变频率增益滤波器的时钟输入端，所述计数器的分频信号输出端接到锁相环芯片的比相输入端。
2.根据权利要求1所述的涡街流量计的自适应信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：利用涡街流量传感器采集涡街信号，并将所采集的涡街信号分两路输出，第一路涡街信号经滤波反馈放大电路输入可变频率增益滤波芯片，第二路涡街信号先经施密特触发器转换成方波信号，再经电平转换三极管进行电平转换、经第一整形芯片进行整形处理后输入锁相环芯片，然后再由锁相环芯片和计数器进行倍频处理后转换为倍频方波，然后再经第二整形芯片进行整形处理后接到可变频率增益滤波器的时钟输入端，可变频率增益滤波芯片根据接收到的倍频方波自适应改变处理第一路涡街信号的滤波中心频率和增益，并通过其信号输出端输出处理后涡街信号。
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