CN111397676A - 一种智能电磁流量计信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电磁流量计技术领域，具体涉及一种智能电磁流量计信号处理方法，包括设置在流量计内的传感器、励磁模块、信号处理模块、信号采集及控制模块和微处理器；信号处理模块包括放大电路、滤波电路和补偿电路，补偿电路中设置有监测模块；通过在正负励磁之间设置零励磁，保持流量计的零点，同时在信号处理模块的补偿电路中设置监测模块，在零励磁过程对流量信号进行反馈式调整，以解决现有电磁流量计在对含有非导电相的流体进行流速检测时存在的零点不稳定和信号失真的故障。
Description
技术领域
本发明属于电磁流量计技术领域，具体涉及一种智能电磁流量计信号处理方法。
背景技术
电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律工作的一种测量流体流量的仪表。电磁流量计在应用中具有诸多优点，譬如不受被测导电流体的密度、黏度、温度、压力的影响，且测量精度高、可靠性高，尤其是在测量多相流如浆液时具有显著的优势，因此，电磁流量计在工农业生产，如石油、化工、冶金、造纸等行业被广泛应用。待测流体中不一定全部为导电相，往往也存在有非导电相，在利用现有基于对称原理的电磁流量计对待测流体进行检测时，由于非导电相的存在使得被测流体分布不均匀，对感应电势的测量产生扰动，造成测量的不准确，如何克服非导电相对测量结果的影响，是现在国内外学者研究的热点问题之一。
对于存在非导电相的流体测量，电极受到冲撞而产生较大噪声，且采集信号微弱。因此，如何提高电磁流量计的抗干扰性能和零点稳定性，以及如何对微弱信号进行有效放大，是测量具有非导电相流体时的关键问题。
电磁流量计的抗干扰性能和零点稳定性取决于励磁方式。低频励磁能保证零点稳定性、测量精度等，但无法克服两相中的非导电固相产生的噪声。而高频励磁能抑制浆液噪声对流量信号的影响，但会降低零点稳定性和测量精度等性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能电磁流量计信号处理方法，通过在正负励磁之间设置零励磁，保持流量计的零点，同时在信号处理模块的补偿电路中设置监测模块，在零励磁过程对流量信号进行反馈式调整，以解决现有电磁流量计在对含有非导电相的流体进行流速检测时存在的零点不稳定和信号失真的故障。
基于上述目的，本发明采用如下技术方案：一种智能电磁流量计信号处理方法，包括设置在流量计内的传感器、励磁模块、信号处理模块、信号采集及控制模块和微处理器；传感器内设置有线圈，励磁模块产生励磁电流信号并将电流信号发送至传感器内的线圈，传感器接收励磁电流信号并激励传感器内的线圈产生感应磁场，当待测流体通过传感器内的线圈时产生感应电势信号，传感器收集感应电势信号，并将感应电势信号发送至信号处理模块；信号处理模块将接收到的信号进行放大、滤波和补偿后，将感应电势信号转换为流速数字信号，并将流速数字信号输出到信号采集及控制模块；信号采集及控制模块将流速数字信号进行信号D/A转换，将流速数字信号转换为流速模拟信号，并将转换后的流速模拟信号发送至微处理器模块，微处理模块将接收到的流速模拟信号处理并输出至用户端。
进一步地，励磁模块包括与传感器内的线圈相连接的励磁时序控制模块、与励磁时序控制模块相连接的高低压控制电路，高低压控制电路的输出端连接有呈并联设置的励磁旁路模块和恒流模块；励磁旁路模块和恒流模块的输出端与线圈相连接形成电路回路；励磁时序控制模块激励传感器内的线圈产生正励磁、零励磁、负励磁三个工作时段；励磁时序控制模块通过线圈输出的一个时序周期为正励磁-零励磁-负励磁-零励磁-正励磁；励磁旁路模块用于将恒流模块屏蔽，恒流模块用于提供恒定电流。
进一步地，信号处理模块包括放大电路、滤波电路和补偿电路；补偿电路中设有监测模块，信号处理模块包括放大电路、滤波电路和补偿电路，所述补偿电路中设有与流量计内的主控制器相连接的监测模块，监测模块包括依次连接的电流信号采集模块、电压信号采集模块、电压跟随器、电压比较器；监测模块用于对电路回路中的励磁电流进行实时监测，同时能够根据时序周期对高低压以及恒流的需求，监测模块协同流量计内的主控制器对高低压控制电路进行控制；信号处理模块中的滤波电路用于实现阻抗匹配，放大电路用于信号放大，补偿电路用于消除信号中的干扰，稳定工作零点，抑制共模干扰；补充电路中增加的监测模块即信号反馈通道构成的闭环系统，对信号的基线进行负反馈补偿，保证基线的稳定以消除零点漂移、低频干扰等的影响。
进一步地，监测模块与主控制器协同对高低压控制电路进行控制的过程为：监测模块中的电流信号采集模块采集电路回路中的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，发送至电压信号采集模块，电压信号采集模块收集电压信号并将电压信号发送至电压跟随器，电压跟随器接收实时电压信号并发送至电压比较器，电压比较器对接收的电压信号进行判定，若电压比较器判断接收的电压稳定，则电压比较器向主控制器输出中断信号，主控制器开启迟滞比较，对中断信号的有效性进行判定，若中断信号判定有效，则主控制器向高低压控制电路输出控制信号；若在监测模块中电压比较器对接收的电压信号进行判定为非电压稳定，则电压比较器再次对实时接收到的电压信号进行比较判定；若在主控制器模块中对中断信号的有效性判定为无效，则返回监测模块中的电压比较器，电压比较器再次对实时接收到的电压信号进行比较判定；其中，电压稳定的判定标准为实时电压所对应的电流值超过励磁电流阈值的90%。
进一步地，在励磁时序控制模块的一个时序周期内的正励磁、零励磁和负励磁阶段，监测模块和主控制器对高低压控制电路进行控制的过程如下：
正励磁阶段：当监测模块检测电路回路中的励磁电流为零时，主控制器控制高低压控制电路开启高压电源，励磁回路导通，监测模块向主控制器输出恒流中断信号，主控制器接收恒流中断信号，控制励磁旁路开启，屏蔽恒流模块，此时励磁电流逐渐增大；
零励磁阶段：当监测模块检测到励磁电流增大至励磁电流阈值的90%时，则认为励磁电流稳定，监测模块向主控制器输出恒流信号，主控制器接收恒流信号并控制励磁旁路关闭，开启恒流模块，励磁电流持续增大至励磁电流的阈值；
负励磁阶段：当监测模块检测到励磁电流增大至励磁电流的阈值时，主控制器控制高低压控制电路关闭高压电源、开启低压电源，该阶段仍保持恒流模块开启，此时励磁电流逐渐降低至励磁电流阈值的90%；直至新励磁时序产生。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明采用一种高低励磁机制，在励磁电流为零时，开启高压电源，同时关闭低压电源，当励磁电流稳定后，将高压电源关闭，同时打开低压电源；并且在高低压转换过程中，增加恒流模块，通过增设的恒流模块稳定零点，即在正励磁、负励磁间设置的零励磁阶段使得在正励磁、负励磁阶段保持基线稳定。
（2）本发明采用在信号处理模块设置补偿电路，补偿电路中设置与主控制器相连接的监测模块，对励磁的零励磁过程中对流量信号的基线进行反馈式调整，对基线进行稳定，从而消除零点漂移、低频干扰的影响；此外，信号处理模块中的放大电路和滤波电路能够根据基线在正负励磁周期对信号进行不失真地放大和滤波，既动态消除了零点漂移干扰，又实现对信号的精确放大。
综上所述，本发明电磁流量计信号处理方法通过在高低压励磁转换之间设置恒流模块、并在信号处理模块设置监测模块，对流量信号进行反馈式调整，从而解决了现有流量计出现的零点不稳定、信号失真等故障，利用本发明电磁流量计信号处理方法对现有电磁流量计进行改进，提高了对具有非导电相流体进行流量监测时的准确度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明励磁驱动模块的结构示意图；
图3为放大电路结构示意图；
图4为监测模块和主控制器工作示意图。
具体实施方式
一种智能电磁流量计信号处理方法，如图1～4所示，包括设置在流量计内的传感器、励磁模块、信号处理模块、信号采集及控制模块和微处理器；传感器内设置有线圈，励磁模块产生励磁电流信号并将电流信号发送至传感器内的线圈，传感器接收励磁电流信号并激励传感器内的线圈产生感应磁场，当待测流体通过传感器内的线圈时产生感应电势信号，传感器收集感应电势信号，并将感应电势信号发送至信号处理模块；信号处理模块将接收到的信号进行放大、滤波和补偿后，将感应电势信号转换为流速数字信号，并将流速数字信号输出到信号采集及控制模块；例如：在内径为D的传感器管道内，以流速V的流体通过时，在正励磁或负励磁作用下产生感应电动势E，感应电动势E通过传感器电极输入到信号处理模块，信号处理模块将励磁模块下的感应电动势E处理为与流速V的线性关系输出流速数字信号X至信号采集及控制模块，其中，X=k·E=D·V·B，k为传感器系数，由传感器、流体的电特性等因素决定。信号采集及控制模块将流速数字信号进行信号D/A转换，将流速数字信号转换为流速模拟信号，并将转换后的流速模拟信号发送至微处理器模块，微处理模块将接收到的流速模拟信号处理并输出至用户端。
励磁模块如图2和3所示，包括与传感器内的线圈相连接的励磁时序控制模块、与励磁时序控制模块相连接的高低压控制电路，高低压控制电路的输出端连接有呈并联设置的励磁旁路模块和恒流模块；励磁旁路模块和恒流模块的输出端与线圈相连接形成电路回路；励磁时序控制模块激励传感器内的线圈产生正励磁、零励磁、负励磁三个工作时段；励磁时序控制模块通过线圈输出的一个时序周期的变化规律为正励磁-零励磁-负励磁-零励磁-正励磁；励磁旁路模块用于将恒流模块屏蔽，恒流模块用于提供恒定电流。
在励磁时序控制模块的一个时序周期内的正励磁、零励磁和负励磁阶段，监测模块和主控制器对高低压控制电路进行控制的过程如下：
正励磁阶段：当监测模块检测电路回路中的励磁电流为零时，主控制器控制高低压控制电路开启高压电源，励磁回路导通，监测模块向主控制器输出恒流中断信号，主控制器接收恒流中断信号，控制励磁旁路开启，屏蔽恒流模块，此时励磁电流逐渐增大；
零励磁阶段：当监测模块检测到励磁电流增大至励磁电流阈值的90%时，则认为励磁电流稳定，监测模块向主控制器输出恒流信号，主控制器接收恒流信号并控制励磁旁路关闭，开启恒流模块，励磁电流持续增大至励磁电流的阈值；
负励磁阶段：当监测模块检测到励磁电流增大至励磁电流的阈值时，主控制器控制高低压控制电路关闭高压电源、开启低压电源，该阶段仍保持恒流模块开启，此时励磁电流逐渐降低至励磁电流阈值的90%；直至新励磁时序产生。
在零励磁周期切换到正励磁的这个阶段，通过采样保持器中的模拟开关，形成一个闭环系统，给基准控制电路以定值，作为基准值，基线调整模块根据反馈回路值和给定基准值得到一个调整的基线值存储于采样保持器中。正励磁即将结束前，基线调整电路为闭环过程，干扰信号不起作用，在基线调整结束后采样保持器的模拟开关断开，此时，励磁信号进入信号处理模块中的放大电路。
信号处理模块包括放大电路、滤波电路和补偿电路；补偿电路中设有监测模块，如图4所示，信号处理模块包括放大电路、滤波电路和补偿电路，所述补偿电路中设有与流量计内的主控制器相连接的监测模块，监测模块包括依次连接的电流信号采集模块、电压信号采集模块、电压跟随器、电压比较器；监测模块用于对电路回路中的励磁电流进行实时监测，同时能够根据时序周期对高低压以及恒流的需求，监测模块协同流量计内的主控制器对高低压控制电路进行控制；信号处理模块中的滤波电路用于实现阻抗匹配，放大电路用于信号放大，补偿电路用于消除信号中的干扰，稳定工作零点，抑制共模干扰；补充电路中增加的监测模块即信号反馈通道构成的闭环系统，对信号的基线进行负反馈补偿，保证基线的稳定以消除零点漂移、低频干扰等的影响。
监测模块与主控制器协同对高低压控制电路进行控制的过程为：监测模块中的电流信号采集模块采集电路回路中的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，发送至电压信号采集模块，电压信号采集模块收集电压信号并将电压信号发送至电压跟随器，电压跟随器接收实时电压信号并发送至电压比较器，电压比较器对接收的电压信号进行判定，若电压比较器判断接收的电压稳定，则电压比较器向主控制器输出中断信号，主控制器开启迟滞比较，对中断信号的有效性进行判定，若中断信号判定有效，则主控制器向高低压控制电路输出控制信号；若在监测模块中电压比较器对接收的电压信号进行判定为非电压稳定，则电压比较器再次对实时接收到的电压信号进行比较判定；若在主控制器模块中对中断信号的有效性判定为无效，则返回监测模块中的电压比较器，电压比较器再次对实时接收到的电压信号进行比较判定；其中，电压稳定的判定标准为实时电压所对应的电流值超过励磁电流阈值的90%。
综上所述，本发明电磁流量计信号处理方法通过在高低压励磁转换之间设置恒流模块、并在信号处理模块设置监测模块，对流量信号进行反馈式调整，从而解决了现有流量计出现的零点不稳定、信号失真等故障，利用本发明电磁流量计信号处理方法对现有电磁流量计进行改进，提高了对具有非导电相流体进行流量监测时的准确度。
Claims (5)
1.一种智能电磁流量计信号处理方法，其特征在于，包括设置在流量计内的传感器、励磁模块、信号处理模块、信号采集及控制模块和微处理器；所述传感器内设置有线圈，励磁模块产生励磁电流信号并将电流信号发送至传感器内的线圈，传感器接收励磁电流信号并激励传感器内的线圈产生感应磁场，当待测流体通过传感器内的线圈时产生感应电势信号，传感器收集感应电势信号，并将感应电势信号发送至信号处理模块；信号处理模块将接收到的信号进行放大、滤波和补偿后，将感应电势信号转换为流速数字信号，并将流速数字信号输出到信号采集及控制模块；所述信号采集及控制模块将流速数字信号进行信号D/A转换，将流速数字信号转换为流速模拟信号，并将转换后的流速模拟信号发送至微处理器模块，微处理模块将接收到的流速模拟信号处理并输出至用户端。
2.根据权利要求1所述的电磁流量计信号处理方法，其特征在于，所述励磁模块包括与传感器内的线圈相连接的励磁时序控制模块、与励磁时序控制模块相连接的高低压控制电路，高低压控制电路的输出端连接有呈并联设置的励磁旁路模块和恒流模块；所述励磁旁路模块和恒流模块的输出端与线圈相连接形成电路回路；所述励磁时序控制模块激励传感器内的线圈产生正励磁、零励磁、负励磁三个工作时段；励磁时序控制模块通过线圈输出的一个时序周期为正励磁-零励磁-负励磁-零励磁-正励磁；所述励磁旁路模块用于将恒流模块屏蔽，所述恒流模块用于提供恒定电流。
3.根据权利要求2所述的电磁流量计信号处理方法，其特征在于，所述信号处理模块包括放大电路、滤波电路和补偿电路，所述补偿电路中设有与流量计内的主控制器相连接的监测模块，所述监测模块包括依次连接的电流信号采集模块、电压信号采集模块、电压跟随器、电压比较器；所述监测模块用于对电路回路中的励磁电流进行实时监测，同时能够根据时序周期对高低压以及恒流的需求，监测模块协同流量计内的主控制器对高低压控制电路进行控制。
4.根据权利要求3所述的电磁流量计信号处理方法，其特征在于，监测模块与主控制器协同对高低压控制电路进行控制的过程为：监测模块中的电流信号采集模块采集电路回路中的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，发送至电压信号采集模块，电压信号采集模块收集电压信号并将电压信号发送至电压跟随器，电压跟随器接收实时电压信号并发送至电压比较器，电压比较器对接收的电压信号进行判定，若电压比较器判断接收的电压稳定，则电压比较器向主控制器输出中断信号，主控制器开启迟滞比较，对中断信号的有效性进行判定，若中断信号判定有效，则主控制器向高低压控制电路输出控制信号；若在监测模块中电压比较器对接收的电压信号进行判定为非电压稳定，则电压比较器再次对实时接收到的电压信号进行比较判定；若在主控制器模块中对中断信号的有效性判定为无效，则返回监测模块中的电压比较器，电压比较器再次对实时接收到的电压信号进行比较判定；其中，电压稳定的判定标准为实时电压所对应的电流值超过励磁电流阈值的90%。
5.根据权利要求4所述的电磁流量计信号处理方法，其特征在于，在励磁时序控制模块的一个时序周期内的正励磁、零励磁和负励磁阶段，所述监测模块和主控制器对高低压控制电路进行控制的过程如下：
正励磁阶段：当监测模块检测电路回路中的励磁电流为零时，主控制器控制高低压控制电路开启高压电源，励磁回路导通，监测模块向主控制器输出恒流中断信号，主控制器接收恒流中断信号，控制励磁旁路开启，屏蔽恒流模块，此时励磁电流逐渐增大；
零励磁阶段：当监测模块检测到励磁电流增大至励磁电流阈值的90%时，则认为励磁电流稳定，监测模块向主控制器输出恒流信号，主控制器接收恒流信号并控制励磁旁路关闭，开启恒流模块，励磁电流持续增大至励磁电流的阈值；
负励磁阶段：当监测模块检测到励磁电流增大至励磁电流的阈值时，主控制器控制高低压控制电路关闭高压电源、开启低压电源，该阶段仍保持恒流模块开启，此时励磁电流逐渐降低至励磁电流阈值的90%。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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|---|---|---|---|---|
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