CN105806426A - 电磁流量计短时励磁及信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种电磁流量计短时励磁及信号处理方法，所述电磁流量计至少包括：电源、设置于电源上的过压保护电路和欠压保护电路和传感器；所述传感器中的交变磁场为矩形波交变磁场，所述传感器中的励磁线圈为去掉铁芯的励磁线圈，所述电源为采用线性稳压器的恒流源，所述电磁流量计对与工频干扰同相位出的信号进行差分运算。在励磁电流还未达到稳定状态下，通过对信号进行采集分析处理，消除传感器带来的固有干扰，提高电流稳定速度，缩短磁场激励时间以减小设备电流消耗，解决了100Hz以上高频励磁条件下，引入的干扰导致零点不稳等问题，增强有效信号采集时间内的励磁电流，使得励磁时间可以控制在3～10ms以内就能满足要求,能耗为传统电磁流量计能耗的1/10到1/20，大幅度节省了转换器电路的能量，延长电池供电时间，增强了信噪比。

Description

电磁流量计短时励磁及信号处理方法

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及一种电磁流量计短时励磁及信号处理方法。

背景技术

目前，电磁流量计技术国内外已经趋于成熟，几乎所有生产厂家都是采用法拉第电磁感应原理，通过被测导电介质穿过传感器切割磁力线来获得电压信号；为了保证测量精度和响应速度必须连续给传感器提供电流来保持稳定磁场以获得信号。近年来国外有厂家采用了新的传感器方案，用特殊材料制作线圈，使传感器能够保持一端时间的剩磁，该方案可以使得磁场激励电路提供电流的时间大幅度缩短，用剩磁来提供信号。但该传感器技术只能应用于直径在200毫米以下的管道上，而电磁流量计的使用领域在3毫米～3000毫米，因此该传感器技术无法使用在电磁流量计领域中，并不能缩短磁场励磁电路提供电流的时间，而国内也不具备实现该项工艺的技术。

传统方案必须在整个测量过程中以转换器电路部份给传感器线圈通以电流才能使线圈产生磁场；不同厂家提供的励磁电流不尽相同，但基本都在100mA～500mA；由于励磁电流和信号强弱成正比关系，因此为了提高信噪比不宜过分减小电流大小；但是由于测量过程是连续的，所以励磁电流也必须是连续的；所以电磁流量计的大部分能量都消耗在传感器上；而传感器的核心部件就是线圈、铁心和磁轭；其运行方式近似于电动机的传动装置，由于磁场损耗以及涡流损耗等原因会有许多能量转化为热能形式消耗掉；

以上方法特别不利于像如100Hz以上快速交变磁场以及电池供电和两线制供电等电流很有限的电磁流量计领域的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电磁流量计短时励磁及信号处理方法，用以解决上述问题。

本发明的电磁流量计短时励磁及信号处理方法，所述电磁流量计至少包括：电源、设置于电源上的过压保护电路和欠压保护电路和传感器；

所述传感器中的交变磁场为矩形波交变磁场，

所述传感器中的励磁线圈为去掉铁芯的励磁线圈，

所述电源为采用线性稳压器的恒流源，

所述电磁流量计对与工频干扰同相位出的信号进行差分运算。

进一步，还包括采用四层PCB板结构增加各功能模块的间距。

进一步，所述电磁流量计还包括数字滤波电路，用于对传感器的信号进行数字滤波处理。

进一步，所述信号处理实现方法还包括以增大的方式调整励磁采集电路的采样电阻阻值降低转换器的散热量；

进一步，以增大的方式调整励磁电压的电压值减少微分干扰。

本发明的有益效果：在励磁电流还未达到稳定状态下，通过对信号进行采集分析处理，消除传感器带来的固有干扰，提高电流稳定速度，缩短磁场激励时间以减小设备电流消耗，解决了100Hz以上高频励磁条件下，引入的干扰导致零点不稳等问题，增强有效信号采集时间内的励磁电流，使得励磁时间可以控制在3～10ms以内就能满足要求,能耗为传统电磁流量计能耗的1/10到1/20，大幅度节省了转换器电路的能量，延长电池供电时间，增强了信噪比。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的原理示意图，如图1所示，所述电磁流量计至少包括：电源、设置于电源上的过压保护电路和欠压保护电路和传感器；传感器中的交变磁场为矩形波交变磁场，传感器中的励磁线圈为去掉铁芯的励磁线圈，电源为采用线性稳压器的恒流源，电磁流量计对与工频干扰同相位出的信号进行差分运算。还包括采用四层PCB板结构增加各功能模块的间距。电磁流量计还包括数字滤波电路，用于对传感器的信号进行数字滤波处理。信号处理实现方法还包括以增大的方式调整励磁采集电路的采样电阻阻值降低转换器的散热量；以增大的方式调整励磁电压的电压值减少微分干扰。

在本实施例中，励磁线圈采用马鞍形线圈，励磁线圈铁心由于其材质和结构等原因在磁场快速变化过程中带来铁损，其中会包括磁滞损耗和涡流损耗，抑制磁场变化；因此本实施例中去掉铁心，以减少同相干扰。

在本实施例中，在电源上增加了过压、欠压保护功能，减小了转换器在通电和断电时电源对转换器的冲击，从而提高了转换器的可靠性。

本实施例中的PCB布板上，采用四层板结构，提高了系统之间的完整性，增加了各个功能模块之间的间距，以提高各功能模块之间的抗干扰能力。针对励磁采集电路散热量大的问题，将欧姆采样电阻提升到10欧姆采样电阻。从而简化了励磁电流采集电路，减小了功率管上分摊的功耗，起到降低转换器散热量的更能，提高了转换器的可靠性。

在本实施例中，选用动态特性较好的线性稳压器构建恒流源来实现电流的快速跟踪控制，克服DC/DC的动态特性由于其变换稳压原理导致其动态特性较差，从而往往致使其电压控制输出滞后，进一步导致电流输出超调振荡，响应速度较慢的特性。并且综合考虑电路参数、电流响应速度及线性稳压器的耗散容限来选取合适的供电电压和线性稳压器。通过将励磁电压从2V提高到8V在同等电感下加快励磁电流上升速度，使得采样时电流基本饱和，以减小微分干扰。

本实施例中，工频干扰是通过电源或高阻状态的电极回路引入，本实施例采用与工频干扰同相位处的信号进行差分运算，抵消掉工频干扰；极化干扰是一种缓慢变化的低频漂移信号，本实施例通过采用矩型波交变磁场的方式，消除其影响；流量噪声是流体自身波动或夹杂的其它物质经过传感器造成的随机干扰信号，本实施例通过采用后期数字滤波的方式，使输出信号趋于平稳；

$H\left(z\right)=b\×\frac{1-z^{-N}}{1-a{z}^{-N}}$

在本实施例中，对于传感器线圈的安装和信号线的走线非完全对称的情况，而导致传感器在快速交变磁场中引入共模干扰信号的问题，本实施例通过采用在产品出厂前自动调零的方式予以了解决；

在本实施例中，通过以上方法有效地获取了较为干净的流量信号；同时保证了在励磁电流完成充电过程1ms后就开始信号采集；使得励磁时间可以控制在3～10ms以内就能满足要求,相当传统电磁流量计能耗的1/10到1/20，大幅度节省了转换器电路的能量并将这部份能量有效地运用于延长电池供电时间或是提高励磁电流以增强信噪比。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种电磁流量计短时励磁及信号处理方法，其特征在于：所述电磁流量计至少包括：电源、设置于电源上的过压保护电路和欠压保护电路和传感器；

所述传感器中的交变磁场为矩形波交变磁场，

所述传感器中的励磁线圈为去掉铁芯的励磁线圈，

所述电源为采用线性稳压器的恒流源，

所述电磁流量计对与工频干扰同相位出的信号进行差分运算。

2.根据权利要求1所述的电磁流量计短时励磁及信号处理方法，其特征在于：还包括采用四层PCB板结构增加各功能模块的间距。

3.根据权利要求2所述的电磁流量计短时励磁及信号处理方法，其特征在于：所述电磁流量计还包括数字滤波电路，用于对传感器的信号进行数字滤波处理。

4.根据权利要求3所述的电磁流量计短时励磁及信号处理方法，其特征在于：所述电磁流量计中的励磁采集电路以增大的方式调整其采样电阻阻值降低转换器的散热量。

5.根据权利要求4所述的电磁流量计短时励磁及信号处理方法，其特征在于：以增大的方式调整励磁电压的电压值减少微分干扰。