CN103335679A

CN103335679A - 外流式电磁流量计信号调理电路

Info

Publication number: CN103335679A
Application number: CN 201310289809
Authority: CN
Inventors: 吕实诚; 刘涛
Original assignee: Harbin Lida Shengyuan Technology Development Co Ltd
Current assignee: Harbin Lida Shengyuan Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明涉及一种外流式电磁流量计信号调理电路。外流式电磁流量计在实际测量过程中，传感器两级的输出信号较为微弱，信号幅值为微伏级，而干扰噪声又与有用信号混叠在一起，且干扰信号成分复杂，有时其幅值大于流速信号的幅值。因此，需要研究如何减小和消除这些干扰噪声，拓展流量计量下限，提高流速信号的信噪比。本发明组成包括:前置放大电路，所述的前置放大电路输出端与相敏检波及低通滤波电路的输入端连接。本发明用于信号调理。

Description

外流式电磁流量计信号调理电路

技术领域：

本发明涉及一种信号调理技术，具体涉及一种外流式电磁流量计信号调理电路。

背景技术：

外流式电磁流量计在实际测量过程中，传感器两级的输出信号较为微弱，信号幅值为微伏级，而干扰噪声又与有用信号混叠在一起，且干扰信号成分复杂，有时其幅值大于流速信号的幅值。因此，需要研究如何减小和消除这些干扰噪声，拓展流量计量下限，提高流速信号的信噪比。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种减小和消除干扰噪声的外流式电磁流量计信号调理电路。

本发明的目的是这样实现的：

一种外流式电磁流量计信号调理电路，其组成包括:前置放大电路，所述的前置放大电路输出端与相敏检波及低通滤波电路的输入端连接。

所述的外流式电磁流量计信号调理电路，所述的前置放大电路的插针槽Ui1与电容C1连接，所述的电容C1另一端与电阻R1、运算放大器A1A的同相输入端连接，所述的电阻R1另一端与电容C1、电阻R2相连，所述的Ｒ２与Ｒ3、接地、插针槽SGND相连，所述的R3与电容C4、电阻R4相连，所述的R4与运算放大器A1B正相输入端、电容C3相连，电容R3另一端插针槽Ui3相连，所述的运算放大器A1A反向输入端与电阻R5、R6、电容Ｃ１相连，所述的电阻R6与滑动变阻器R7相连，所述的滑动变阻器R7与电容C4、电阻R8、运算放大器A1B反相输入端相连，所述的电阻R8与运算放大器A1B输出端、运算放大器A2B正相输入端相连，所述的电阻R5与运算放大器A1A输出端、A2A正相输入端相连，所述的运算放大器A2A反相输入端与电阻R5、电容C5相连，所述的电容C5与电容C6、电阻R11相连，所述的电阻R11与电容C7、C8相连，所述的电容C7与电阻R10、运算放大器A2B反相输入端相连，所述的运算放大器A2B输出端与电阻R10、R13、电容C8相连，所述的电阻R13与R15、电容C12、C11相连，所述的R15与接地、R14相连，所述的R14与R12、C9、C10相连，所述的R12与运算放大器A2A的输出端、电阻R5、电容C6相连，所述的电容C9与电阻R16、输出端、运算放大器A3输出端相连，所述的电阻R16与电容C10、运算放大器A3的正相输入端相连，所述的运算放大器A3反相输入端与C11、R17相连，所述的R17与C12、接地线相连。

所述的外流式电磁流量计信号调理电路，所述的相敏检波及低通滤波电路J1插针槽与R41相连，所述的R41与光耦合器4N25的引脚1相连，所述的4N25的引脚2与插针槽接地槽相连，所述的4N25的引脚4接地线、三极管的发射极相连，所述的4N25的引脚5与R43、R42、CD4053的A引脚相连，所述的R43与电源正极、R44相连，所述的R44与三极管集电极、CD4053的B引脚相连，所述的R42与三极管的基极相连，所述的CD4053的X1引脚、Y1引脚接到同一接地线，所述的CD4053的X0、Y0引脚接到输入端，所述的CD4053的Z0、Z1、1NH、C引脚接到同一地线，所述的CD4053的VEE引脚与稳压二极管D1、R18相连，所述的稳压二极管D1与接地线相连，所述的R18接到电源负极，所述的CD4053的X引脚与R19相连，所述的R19与电容C13、R21相连，所述的C13接地，所述的R21与R22、C15运算放大器A5的正相输入端相连，所述的R20与C14、R23相连，所述的R23与R24、C16、运算放大器A5的反相输入端相连，所述的R24、C16与同一地线相连，所述的运算放大器A5的输出端与R22、C15、C14、插针槽J3的1槽相连，所述的插针槽J3的2槽输出端接地。

有益效果：

1．本发明通过前置放大电路对信号进行放大。

2．本发明通过相敏检波及低通滤波电路对信号进行检测。

3．本发明电路采用双端输入，经过三级放大、滤波处理，单端输出。这样设计起到了放大差模信号，抑制共模信号的作用，并且使系统具有良好的线性度和稳定性。

4．本发明通过R6、R7将两个放大器反向端连接起来组成，具有非常高的输入阻抗，适合放大微弱信号。

附图说明：

附图1 是本发明的前置放大电路图。图中，1为插针槽J1，2为输出端。

附图2是本发明的相敏检波及低通滤波电路。图中，3为插针槽J2，4为光耦合器4N25，5为模拟开关4053，6为插针槽J3，7为输入端。

具体实施方式：

实施例1：

实施例2：

根据实施例1所述的外流式电磁流量计信号调理电路，所述的前置放大电路的插针槽Ui1与电容C1连接，所述的电容C1另一端与电阻R1、运算放大器A1A的同相输入端连接，所述的电阻R1另一端与电容C1、电阻R2相连，所述的Ｒ２与Ｒ3、接地、插针槽SGND相连，所述的R3与电容C4、电阻R4相连，所述的R4与运算放大器A1B正相输入端、电容C3相连，电容R3另一端插针槽Ui3相连，所述的运算放大器A1A反向输入端与电阻R5、R6、电容Ｃ１相连，所述的电阻R6与滑动变阻器R7相连，所述的滑动变阻器R7与电容C4、电阻R8、运算放大器A1B反相输入端相连，所述的电阻R8与运算放大器A1B输出端、运算放大器A2B正相输入端相连，所述的电阻R5与运算放大器A1A输出端、A2A正相输入端相连，所述的运算放大器A2A反相输入端与电阻R5、电容C5相连，所述的电容C5与电容C6、电阻R11相连，所述的电阻R11与电容C7、C8相连，所述的电容C7与电阻R10、运算放大器A2B反相输入端相连，所述的运算放大器A2B输出端与电阻R10、R13、电容C8相连，所述的电阻R13与R15、电容C12、C11相连，所述的R15与接地、R14相连，所述的R14与R12、C9、C10相连，所述的R12与运算放大器A2A的输出端、电阻R5、电容C6相连，所述的电容C9与电阻R16、输出端、运算放大器A3输出端相连，所述的电阻R16与电容C10、运算放大器A3的正相输入端相连，所述的运算放大器A3反相输入端与C11、R17相连，所述的R17与C12、接地线相连。

实施例3：

根据实施例1所述的外流式电磁流量计信号调理电路，所述的相敏检波及低通滤波电路J1插针槽与R41相连，所述的R41与光耦合器4N25的引脚1相连，所述的4N25的引脚2与插针槽接地槽相连，所述的4N25的引脚4接地线、三极管的发射极相连，所述的4N25的引脚5与R43、R42、CD4053的A引脚相连，所述的R43与电源正极、R44相连，所述的R44与三极管集电极、CD4053的B引脚相连，所述的R42与三极管的基极相连，所述的CD4053的X1引脚、Y1引脚接到同一接地线，所述的CD4053的X0、Y0引脚接到输入端，所述的CD4053的Z0、Z1、1NH、C引脚接到同一地线，所述的CD4053的VEE引脚与稳压二极管D1、R18相连，所述的稳压二极管D1与接地线相连，所述的R18接到电源负极，所述的CD4053的X引脚与R19相连，所述的R19与电容C13、R21相连，所述的C13接地，所述的R21与R22、C15运算放大器A5的正相输入端相连，所述的R20与C14、R23相连，所述的R23与R24、C16、运算放大器A5的反相输入端相连，所述的R24、C16与同一地线相连，所述的运算放大器A5的输出端与R22、C15、C14、插针槽J3的1槽相连，所述的插针槽J3的2槽输出端接地。

实施例4：

根据上述实施例所述的外流式电磁流量计信号调理电路，集成放大器芯片分别采用美国国家半导体生产的LF412以及OP-07。这两种芯片都具有高共模抑制比、高输入阻抗、低温漂和低功耗等优点。鉴于前置放大电路的几点要求，电路采用双端输入，经过三级放大、滤波处理，单端输出。这样设计起到了放大差模信号，抑制共模信号的作用，并且使系统具有良好的线性度和稳定性。

电磁流量计两电极间信号接入到差动放大电路。电容C1、C2起到隔直作用，R1，R2，R3，R4起到增大输入阻抗的作用。该电路通过三级放大滤波处理。第一级由A1，R5，R6，R7，R8组成同相并联电路，通过R6、R7将两个放大器反向端连接起来组成，具有非常高的输入阻抗，适合放大微弱信号。第二级由A2，R9，R10，R11，C5，C6，C7，C8组成，对第一级输出信号进行进一步放大、滤波处理。第三级由A3，C9，C10，C11，C12，R16，R17组成，它可以消除前一级的共模信号，将双端输入变为单端输入，并且对放大后的信号进行窄带滤波处理，滤除高次谐波，减小噪声功率，得到较为理想的基波信号。

实施例5：

根据上述实施例所述的外流式电磁流量计信号调理电路，滤波器的功能是不会阻碍某一部分频率的信号，但是会抑制另外一部分频率的信号，有源滤波电路和无源滤波电路两种。由电阻、电容、电感组成的无源滤波电路优点是结构简单，其缺点是会对通带信号造成能量损耗，负载效应较明显；集成运放与RC网络共同构成的有源滤波电路则具有精度高、性能稳定、带负载能力强等特点。

在外流式电磁流量计信号调理电路的设计中，滤波单元主要包括窄带滤波、相敏检波以及低通滤波三个部分。

流速信号经过前置放大以及窄带滤波处理之后，高次谐波基本被滤除，但基波信号中仍然夹杂着微分噪声的基波，通过对微分噪声的分析可知，流速信号与微分噪声相位相差90°，流速信号与微分噪声的基波相位也相差90°，我们可以利用与信号基波同步的解调脉冲p(t)与微分噪声基波相乘，之后再通过低通滤波，使其正负相互抵消，从而有效地去除了微分噪声以及由微分噪声衍生的同相噪声。

CD4053是TI公司生产的三通道二选一数字控制模拟开关，有三个独立的数字控制输入端A、B、C以及使能端INH，有很低的导通阻抗以及截止漏电流。在本文设计的相敏检波电路中，选取数字控制输入端A、B正常工作，输入端C以及使能端INH全部接地，确保电路正常工作。

J2接解调脉冲，光耦合器4N25的作用是实现控制电路和模拟电路之间的电隔离。当脉冲信号高电平到来时，光耦合器处于导通状态，模拟开关CD4053的11管脚(A)为低电平0，电阻R42没有电流通过，三极管9013工作在截止区，等效于开关断开，则CD4053的10管脚(B)为高电平1。当脉冲信号低电平到来时，光耦合器处于截止状态，模拟开关CD4053的11管脚(A)为高电平1，电阻R42有电流通过，三极管9013工作在饱和区，等效于开关闭合，则CD4053的10管脚(B)为低电平0。

当解调脉冲高电平到来时，数字控制输入端A=0，B=1，则X0→X，Y1→Y通道开通；当解调脉冲低电平到来时，数字控制输入端A=1，B=0，则X1→X，Y0→Y通道开通。

当X通道开通时，流速信号为正，由于滤波放大器OP-07为高阻抗输入运放，因此正的信号保存在C13上，而正交干扰因为正负抵消被R19，C13低通滤波器滤除掉。同理，当Y通道开通时，流速信号为负，负的信号被保存在C14上，正交干扰被R20，C14滤除掉。因此，正负两个方向的流速信号分别被保存在两个电容上，而方向相反。并且信号经过一个断续的过渡过程之后达到最大幅值。最后经过差动式直流放大器将差动电压转换为单极性的直流信号，然后传送给A/D转换器。

Claims

1.一种外流式电磁流量计信号调理电路，其组成包括:前置放大电路，其特征是：所述的前置放大电路输出端与相敏检波及低通滤波电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的外流式电磁流量计信号调理电路，其特征是：所述的前置放大电路的插针槽Ui1与电容C1连接，所述的电容C1另一端与电阻R1、运算放大器A1A的同相输入端连接，所述的电阻R1另一端与电容C1、电阻R2相连，所述的Ｒ２与Ｒ3、接地、插针槽SGND相连，所述的R3与电容C4、电阻R4相连，所述的R4与运算放大器A1B正相输入端、电容C3相连，电容R3另一端插针槽Ui3相连，所述的运算放大器A1A反向输入端与电阻R5、R6、电容Ｃ１相连，所述的电阻R6与滑动变阻器R7相连，所述的滑动变阻器R7与电容C4、电阻R8、运算放大器A1B反相输入端相连，所述的电阻R8与运算放大器A1B输出端、运算放大器A2B正相输入端相连，所述的电阻R5与运算放大器A1A输出端、A2A正相输入端相连，所述的运算放大器A2A反相输入端与电阻R5、电容C5相连，所述的电容C5与电容C6、电阻R11相连，所述的电阻R11与电容C7、C8相连，所述的电容C7与电阻R10、运算放大器A2B反相输入端相连，所述的运算放大器A2B输出端与电阻R10、R13、电容C8相连，所述的电阻R13与R15、电容C12、C11相连，所述的R15与接地、R14相连，所述的R14与R12、C9、C10相连，所述的R12与运算放大器A2A的输出端、电阻R5、电容C6相连，所述的电容C9与电阻R16、输出端、运算放大器A3输出端相连，所述的电阻R16与电容C10、运算放大器A3的正相输入端相连，所述的运算放大器A3反相输入端与C11、R17相连，所述的R17与C12、接地线相连。

3.根据权利要求1所述的外流式电磁流量计信号调理电路，其特征是：所述的相敏检波及低通滤波电路J1插针槽与R41相连，所述的R41与光耦合器4N25的引脚1相连，所述的4N25的引脚2与插针槽接地槽相连，所述的4N25的引脚4与接地线、三极管的发射极相连，所述的4N25的引脚5与R43、R42、CD4053的A引脚相连，所述的R43与电源正极、R44相连，所述的R44与三极管集电极、CD4053的B引脚相连，所述的R42与三极管的基极相连，所述的CD4053的X1引脚、Y1引脚接到同一接地线，所述的CD4053的X0、Y0引脚接到输入端，所述的CD4053的Z0、Z1、1NH、C引脚接到同一地线，所述的CD4053的VEE引脚与稳压二极管D1、R18相连，所述的稳压二极管D1与接地线相连，所述的R18接到电源负极，所述的CD4053的X引脚与R19相连，所述的R19与电容C13、R21相连，所述的C13接地，所述的R21与R22、C15运算放大器A5的正相输入端相连，所述的R20与C14、R23相连，所述的R23与R24、C16、运算放大器A5的反相输入端相连，所述的R24、C16与同一地线相连，所述的运算放大器A5的输出端与R22、C15、C14、插针槽J3的1槽相连，所述的插针槽J3的2槽输出端接地。