CN103344287A - 一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法，该方法构建一总流量信号控制电路，该控制电路包括流量信号调理电路、过零检测电路以及信号采样电路三个模块。本发明用于电磁流量计工频噪声的抑制，不但有效地抑制了工频噪声对流量测量的影响，而且由于直接采用物理电路进行零点检测，大大提高了零点检测的速度，解决了工频噪声信号因为频率时变特性而对系统产生的影响，同时降低了系统成本，增加系统可靠性。

Description

一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法

技术领域

本发明涉及电磁流量计工频噪声的控制，具体涉及一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法。

背景技术

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计，根据导电性流体在磁场中运动所产生的感应电势来推算流体流量。电磁流量计由于其压损极小，可测流量范围大，线性度高，耐腐蚀性强等优点，目前在石油、化工、冶金、造纸、水处理等行业得到了广泛的应用。

由于电磁流量计的物理机制是电磁感应原理，不可避免地会在工作现场引入大量的工频噪声信号。工频噪声信号通过电磁流量计传感器励磁绕组、流体、电极、转换器放大器回路、供电电源等途径耦合到流量信号上，而且噪声信号经过放大后，数量级往往大于流量信号，这给电磁流量计的信号测量和稳定性带来了严重影响。因此，如何有效的抑制工频噪声成为研制电磁流量计的一项关键技术。

传统的电磁流量计工频干扰抑制一般利用以下方法：励磁周期为工频周期的偶数倍、Sigma-Delta积分采样、硬件陷波器和软件滤波等方法。这些方法可以在一定程度上降低工频噪声的干扰，但是还是存在如下缺点：1)工频噪声的周期是时变的，采用以上方法仍然存在一定的误差；2)一般Sigma-Delta积分采样器速率低，成本高，这大大增加了电流流量计的生产成本；3)硬件陷波可能会对流量信号产生衰减，不利于流量信号的测量；4)软件滤波需要重建流量信号，算法复杂，增加了单片机的系统开销。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法，用于电磁流量计工频噪声的抑制，不但有效地抑制了工频噪声对流量测量的影响，而且由于直接采用物理电路进行零点检测，大大提高了零点检测的速度，解决了工频噪声信号因为频率时变特性而对系统产生的影响，同时降低了系统成本，增加系统可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法，在于通过流量信号在特定电路中的传导以实现噪声抑制，其特征在于，该方法构建一总流量信号控制电路，该控制电路包括流量信号调理电路、过零检测电路以及信号采样电路三个模块；

(一)、流量信号进入流量信号调理电路：该电路由第一、第二两级信号放大电路以及信号滤波电路一组成；流量信号依次通过第一、第二两级信号放大电路和信号滤波电路一后，输出无直流偏置但具有工频干扰的类方波信号，所述类方波信号最后进入信号采样电路；

(二)、与上述(一)同步，流量信号进入过零检测电路：该电路包括第一跟随器电路、第二跟随器电路、加法器放大电路以及信号滤波电路二；流量信号首先同时进入第一和第二跟随器电路，后经第一和第二跟随器电路输出，至第三信号放大电路，经过放大后的流量信号进入信号滤波电路二，输出无直流偏置的工频信号，然后该工频信号进入包括比较器的方波发生电路，最后输出方波信号至信号采样电路。

进一步，所述第一信号放大电路包括的放大器为仪表放大器，第二信号放大电路包括的放大器为同相放大器；信号滤波电路为一阶低通滤波电路。

进一步，所述第一跟随器电路包括R2与放大器一，第二跟随器电路包括R1与放大器二，所述第三信号放大电路为包括放大器三的加法器放大电路。

进一步，所述R1与R2的阻值为1M。

本发明所提供的一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法的有益效果是：A：采用零点检测来对系统采样进行触发的方法，可以屏蔽工频噪声对流量信号的干扰，而且不受工频噪声频率变化的影响；B：采用物理电路直接检测信号零点，可以快速获取信号零点，提高了系统的响应时间；C：零点检测电路与流量信号调理电路采用相同的滤波网络，可以保证工频干扰与零点检测信号相位相同，减小由于相位不同造成的采样误差。

本发明通过对流量信号分流处理提取工频噪声零点信号，并且在过零点进行流量信号采样，有效地抑制了工频噪声对流量测量的影响。而且由于直接采用物理电路进行零点检测，大大提高了零点检测的速度，解决了工频噪声信号因为频率时变特性而对系统产生的影响，同时降低了系统成本，增加系统可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的电路框图示意图；

图2是本发明的流量调理信号示意图；

图3是本发明的零点检测方波信号示意图。

图中数字表示：

1、2流量信号  3、仪表放大器  4、信号滤波电路一

5、同相放大器  6、放大器二  7、放大器一  8、放大器三

9、信号滤波电路二  10、比较器

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明提供了一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法，在于通过流量信号在特定电路中的传导以实现噪声抑制，其特征在于，该方法构建一总流量信号控制电路，该控制电路包括流量信号调理电路、过零检测电路以及信号采样电路三个模块；

(一)、流量信号(1、2)进入流量信号调理电路：该电路由第一、第二两级信号放大电路以及信号滤波电路一4组成；流量信号依次通过第一、第二两级信号放大电路和信号滤波电路一后，输出无直流偏置但具有工频干扰的类方波信号，所述类方波信号最后进入信号采样电路；

(二)、与上述(一)同步，流量信号(1、2)进入过零检测电路：该电路包括第一跟随器电路、第二跟随器电路、加法器放大电路以及信号滤波电路二；流量信号首先同时进入第一和第二跟随器电路，由第一和第二跟随器电路输出流量信号后进入第三信号放大电路，经过放大后的流量信号进入信号滤波电路二，输出无直流偏置的工频信号，然后该工频信号进入包括比较器的方波发生电路，最后输出方波信号至信号采样电路。

其中，所述第一信号放大电路包括的放大器为仪表放大器3，第二信号放大电路包括的放大器为同相放大器5；信号滤波电路为一阶低通滤波电路；第一跟随器电路包括R2与放大器一7，第二跟随器电路包括R1与放大器二6，所述第三信号放大电路为包括放大器三8的加法器放大电路；R1与R2的阻值为1M。

本发明的运行原理及具体实施方式：

本发明提出了一种基于零点测量的电磁流量计工频噪声抑制的方法。它包含流量信号调理电路、过零检测电路和信号采样电路等。流量信号调理电路用于对输入信号的滤波放大；过零检测电路用于检测工频干扰信号的过零点，产生方波；信号采用电路通过检测过零检测电路产生的方波，触发系统进行流量信号采样。

如图1所示，流量信号(1、2)输入以后，先经过流量信号调理电路。流量信号调理电路由第一、第二两级信号放大电路及信号滤波电路一4组成。第一级信号放大电路为包括仪表放大器3的差分放大电路。所述仪表放大器3是一种精密差分电压放大器，有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差等特点，可以有效的将流量信号进行放大。第一级信号放大电路的输出为流量信号(1、2)的差分放大信号，表现为带有直流偏置和工频干扰的一定频率的方波。信号滤波电路一4用于滤除流量信号(1、2)中的部分噪声及直流偏置信号。信号滤波电路一4包括但不限于低通滤波电路、高通滤波电路及信号隔直电路。本实施实例中，为简化说明，仅采用一阶低通滤波电路。信号滤波电路一4的输出为无直流偏置但具有工频干扰的类方波信号。第二级信号放大电路为包括同相放大器5的放大电路。

流量信号(1、2)经过流量信号调理电路后，微弱的流量信号(1、2)变为幅值较大的类方波信号。此信号包含一定的工频干扰信号。信号表现如图2所示。

如图1所示，流量信号(1、2)输入以后，经过零点检测电路。零点检测电路第一环节用于将工频干扰信号提取出来。流量信号1经过电阻R2后进入包括放大器一7的第一跟随器电路。流量信号1为包含工频干扰的微弱流量信号；电阻R2为阻值较大的电阻，流量信号1经过电阻R2后，流量信号1会变的更加微弱，工频干扰会更为明显。同理，流量信号2经过电阻R1后进入包括放大器二6的第二跟随器电路，流量信号同样变弱，工频干扰增强。本实例应用中，电阻R1、R2均采用阻值为1M的电阻。第一和第二跟随器电路输出信号接着进入包括放大器三8的加法器放大电路。此时第一和第二跟随器信号进行相加放大，输出信号中的正负流量信号会抵消，从而仅存工频干扰及直流偏置。然后，第三放大电路输出信号进入信号滤波电路二9。信号滤波电路二9主要有两个作用，一是滤除信号中没必要的噪声，二是与流量信号调理电路保持相同的信号延迟。因此信号滤波电路二9相关参数同滤波电路一4相同。信号滤波电路二9同样包括低通滤波及隔直电路等。

经过信号滤波电路二9后，信号变为无直流偏置的工频信号，此工频信号的相位同流量信号调理电路输出信号中的工频干扰同相，信号表现如图3中的正弦信号。此工频信号最后进入包括比较器10的方波发生电路。

由于零点检测电路仅用于检测工频干扰信号的零点，对性能要求不高，因此本部分电路中的放大器一7、放大器二6、以及放大器三8均为较低成本的普通运放，由此可显著降低系统的成本。

经过信号调理线路后的流量信号及零点检测电路的方波信号最后进入信号采样电路。由于零点检测电路中的工频信号与信号调理电路调理后的流量信号中的工频干扰同频同相，因此在方波信号的上升沿或下降沿时，流量信号中的工频干扰为0，此时对流量信号进行采样可避开工频干扰，大幅降低采样误差。即使工频干扰频率发生变化，方波信号也会同步进行变化，具有较强的适应能力。

本发明所提供的一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法的有益效果是：A：采用零点检测来对系统采样进行触发的方法，可以屏蔽工频噪声对流量信号的干扰，而且不受工频噪声频率变化的影响；B：采用物理电路直接检测信号零点，可以快速获取信号零点，提高了系统的响应时间；C：零点检测电路与流量信号调理电路采用相同的滤波网络，可以保证工频干扰与零点检测信号相位相同，减小由于相位不同造成的采样误差。

本发明通过对流量信号分流处理提取工频噪声零点信号，并且在过零点进行流量信号采样，有效地抑制了工频噪声对流量测量的影响。而且由于直接采用物理电路进行零点检测，大大提高了零点检测的速度，解决了工频噪声信号因为频率时变特性而对系统产生的影响，同时降低了系统成本，增加系统可靠性。

除此之外，第一信号放大电路采用了仪表放大器，实际上也可采用普通运放组成的差分放大电路；第二信号放大电路采用了同相放大器，实际上也可其他形式的放大器电路；本发明采用了物理电路进行工频信号零点检测，实际上也可采用硬件加软件结合的等其他方式进行工频信号零点检测；第三信号放大电路采用了跟随器加加法器的电路进行工频信号的提取，实际上也可采用其他形式的电路进行工频信号的提取；本发明的信号采样由工频干扰信号零点检测电路的方波信号及流量信号配合完成，在方波信号的上升沿或下降沿(工频信号零点处)触发采样。实际上，只要在工频干扰信号零点处进行采样以避开工频干扰就属于类似本发明说明书所公开的技术方案。

对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

Claims (4)

1.一种基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法，在于通过流量信号在特定电路中的传导以实现噪声抑制，其特征在于，该方法构建一总流量信号控制电路，该控制电路包括流量信号调理电路、过零检测电路以及信号采样电路三个模块；

(一)、首先，流量信号进入流量信号调理电路：该电路由第一、第二两级信号放大电路以及信号滤波电路一组成；流量信号依次通过第一、第二两级信号放大电路和信号滤波电路一后，输出无直流偏置但具有工频干扰的类方波信号，所述类方波信号最后进入信号采样电路；

(二)、与上述(一)同步，流量信号进入过零检测电路：该电路包括第一跟随器电路、第二跟随器电路、加法器放大电路以及信号滤波电路二；流量信号首先同时进入第一和第二跟随器电路，后经第一和第二跟随器电路输出，至第三信号放大电路，经过放大后的流量信号进入信号滤波电路二，输出无直流偏置的工频信号，然后该工频信号进入包括比较器的方波发生电路，最后输出方波信号至信号采样电路。

2.根据权利要求1所述的基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法，其特征在于，所述第一信号放大电路包括的放大器为仪表放大器，第二信号放大电路包括的放大器为同相放大器；信号滤波电路为一阶低通滤波电路。

3.根据权利要求1所述的基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法，其特征在于，所述第一跟随器电路包括R2与放大器一，第二跟随器电路包括R1与放大器二，所述第三信号放大电路为包括放大器三的加法器放大电路。

4.根据权利要求3所述的基于零点检测的电磁流量计工频噪声抑制方法，其特征在于，所述R1与R2的阻值为1M。

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