CN112082606A - 一种无线远传电磁流量计供电系统 - Google Patents

一种无线远传电磁流量计供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种无线远传电磁流量计供电系统，设置阻抗匹配电路，利用双向可控硅投切电容，采用串联电容进行阻抗匹配，改善负载传感器的功率因数，以减小电源的负荷，减少励磁线圈产生的无功功率，提高励磁线圈的输出功率；设置工频功率放大电路将获得的直流电转换为工频交流电，保证励磁线圈中的励磁电流大于1A电流；通过阻抗匹配电路和工频功率放大电路将原有交流励磁电磁流量计视在功率由500VA降为13VA，大大降低了使用功耗，从而使得交流励磁系统实现电池供电成为可能。

Description

一种无线远传电磁流量计供电系统
技术领域
本发明涉及疏浚介质输送过程中流量计供电技术领域，尤其涉及一种无线远传电磁流量计供电系统。
背景技术
近年来，国内外企业成功研发了电池供电的电磁流量计，然而无一例外的是，其励磁方式均采用方波励磁方式，且采用间隔采样流速的方式进行降功耗。对于采用交流励磁方式的挖泥船电磁流量计，励磁功耗大且一般方法无法实现连续检测，实现电池供电相对困难，目前还没有可以解决采用交流励磁方式的挖泥船电磁流量计供电问题的技术方案。因此，为解决上述问题，本发明提供了一种带有无线远传功能的挖泥船电磁流量计的蓄电池供电系统，基于阻抗匹配技术对励磁系统进行电路改进，大大降低了使用功耗，通过工作负荷来调整性能水平以减少功率损耗，动态地分配系统资源，保证了流量计的低耗长周期运行。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了基于阻抗匹配技术对励磁系统进行电路改进，大大降低了使用功耗，通过工作负荷来调整性能水平以减少功率损耗，动态地分配系统资源，保证了流量计的低耗长周期运行。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种无线远传电磁流量计供电系统，其包括充电电源、级联蓄电池组、第一DC/DC电源、励磁线圈和主控制器，还包括第二DC/DC电源、无线传输模块、阻抗匹配电路和工频功率放大电路；
充电电源对级联蓄电池组进行充电，级联蓄电池组输出直流电压信号至第一DC/DC电源和第二DC/DC电源，第一DC/DC电源将该直流电压信号转换为无线传输模块的工作电压，第二DC/DC电源将该直流电压转换为阻抗匹配电路和工频功率放大电路所需的工作电压；
主控制器输出开关量信号，控制阻抗匹配电路实现阻抗匹配后输出至励磁线圈的一端；
主控制器输出方波信号，经工频功率放大电路将方波信号转换为工频交流电后输出至励磁线圈的另一端。
在以上技术方案的基础上，优选的，阻抗匹配电路包括双向可控硅投切电容电路、双向可控硅触发电路和电流采集电路；
主控制器输出的开关量信号经双向可控硅触发电路控制双向可控硅投切电容电路实现励磁线圈的阻抗匹配，电流采集电路检测流过励磁线圈电流的大小。
进一步优选的，双向可控硅投切电容电路包括：电容C1-C10、电阻R1、双向可控硅K1-K4、瞬态电压抑制二极管TVS1和CN1接口；
电容C1并联在CN1接口的引脚1与引脚2之间，CN1接口的引脚2与励磁线圈的一端电性连接；
电容C2-C5并联组成并联电容器，CN1接口的引脚2通过并联电容器与双向可控硅K1的一端电性连接，双向可控硅K1的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；
CN1接口的引脚2通过并联的电容C6和电容C7与双向可控硅K2的一端电性连接，双向可控硅K2的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；
CN1接口的引脚2通过电容C8与双向可控硅K3的一端电性连接，双向可控硅K3的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；
CN1接口的引脚2通过串联的电容C9和电容C10与双向可控硅K4的一端电性连接，双向可控硅K4的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；
双向可控硅K1-K4的控制极分别与双向可控硅触发电路电性连接；
电阻R1的一端分别与CN1接口的引脚1和电流采集电路电性连接，电阻R1的另一端接地，瞬态电压抑制二极管TVS1并联在电阻R1的两端。
进一步优选的，电流采集电路包括：反向放大器、差分放大器和第一滞回比较器；
反向放大器将采集的电流信号进行反向放大；所述差分放大器将反向放大后的信号进行差分放大，并输出至AD采样端口；
第一滞回比较器根据采集的电流信号，输出与该电流信号同频率的方波信号，并将该方波信号输出至主控制器的第一输入端。
在以上技术方案的基础上，优选的，工频功率放大电路包括：第二滞回比较器、积分放大器、功率放大电路和电压采集电路；
第二滞回比较器将主控制器输出的方波信号转换为上下对称的50Hz方波信号；
积分放大器将该上下对称的50Hz方波信号平滑输出为50Hz正弦波信号；
功率放大电路对该50Hz正弦波信号进行功率放大，并将功率放大后的正弦波输出至励磁线圈的另一端；
电压采集电路采集励磁线圈的另一端的电压信号，并将采集结果输出至主控制器的第二输入端。
进一步优选的，第二滞回比较器包括：电阻R50-R52、电阻R55、电容C54和第一运算放大器TL082；
主控制器输出的方波信号通过电阻R50输出至第一运算放大器TL082的引脚3，电阻R55并联在第一运算放大器TL082的引脚3与其引脚1之间，第一运算放大器TL082的引脚1与积分放大器电性连接；第一运算放大器TL082的引脚2分别与电阻R51的一端和电阻R52的一端电性连接，电阻R51另一端与电源的负极电性连接，电阻R52的另一端接地，电容C54并联在电阻R52的两端。
进一步优选的，积分放大器包括：电阻R56-R59、电容C55-C58和第二运算放大器TL082；
第一运算放大器TL082的引脚1通过电阻R56与第二运算放大器TL082的引脚6电性连接，第二运算放大器TL082的引脚5通过电阻R57接地，电容C55并联在第二运算放大器TL082的引脚6与其引脚7之间，电容C56并联在电容C55的两端，第二运算放大器TL082的引脚7通过电阻R58与电容C58的一端电性连接，电容C58的另一端与功率放大电路的输入端电性连接，电容C57的一端与电容C58的一端电性连接，电阻R59的一端与电容C58的另一端电性连接，电容C57的另一端和电阻R59的另一端均接地。
进一步优选的，功率放大电路包括：电阻R60-R61、电容C59、二极管D50-D51和运算放大器TDA2030；
电容C58的另一端与运算放大器TDA2030的引脚1电性连接，运算放大器TDA2030的引脚2通过电阻R61与其引脚4电性连接，电容C59的一端与运算放大器TDA2030的引脚2电性连接，电容C59的另一端通过电阻R60接地，二极管D50的正极和二极管D51的负极分别与运算放大器TDA2030的引脚1电性连接，二极管D50的负极与运算放大器TDA2030的引脚5电性连接，二极管D51的正极与运算放大器TDA2030的引脚3电性连接，运算放大器TDA2030的引脚1与励磁线圈的另一端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，电压采集电路包括：同相放大器和第三滞回比较器；
同相放大器将流过励磁线圈的另一端的正弦波信号进行放大；
第三滞回比较器将放大后的正弦波信号转变为同频率的方波信号，并将该方波信号输出至主控制器的第二输入端。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括：蓄电池电量管理模块；
蓄电池电量管理模块控制第一DC/DC电源和第二DC/DC电源的开关，根据无线传输模块、阻抗匹配电路和工频功率放大电路的工作状态实现电池电量的有效分配。
本发明的一种无线远传电磁流量计供电系统相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)设置阻抗匹配电路，利用双向可控硅投切电容，采用串联电容进行阻抗匹配，改善负载传感器的功率因数，以减小电源的负荷，减少励磁线圈产生的无功功率，提高励磁线圈的输出功率；设置工频功率放大电路将获得的直流电转换为工频交流电，保证励磁线圈中的励磁电流大于1A电流；通过阻抗匹配电路和工频功率放大电路将原有交流励磁电磁流量计视在功率由500VA降为13VA，大大降低了使用功耗，从而使得交流励磁系统实现电池供电成为可能；
(2)在阻抗匹配电路中设置双向可控硅投切电容电路，利用双向可控硅投切电容，采用串联电容进行阻抗匹配，减少励磁线圈产生的无功功率，提高励磁线圈的输出功率；
(3)通过在工频功率放大电路中设置第二滞回比较器、积分放大器、功率放大电路和电压采集电路，主控制器输出的50Hz方波信号，幅值为0～5V，该方波信号经过第二滞回比较器可得到高电平为+2.5V，低电平为-2.5V上下对称的50Hz方波信号，积分放大器将上下对称的方波信号平滑输出为50Hz正弦波信号，功率放大电路将积分放大器输出的50Hz正弦波信号进行功率放大，并将功率放大后的正弦波输出至励磁线圈的另一端，保证励磁线圈中的励磁电流大于1A电流；
(4)通过设置电压采集电路和电流采集电路，一方面，当投切电容与励磁线圈电感达到阻抗匹配时，其等效电阻为纯电阻R，等效电路中电压与电流同相位，此时，以电压作为同步头，进行电流采样，得到等效电路中电压与电流的相位差，以及电流幅值，通过主控制器计算并判断投切电容的多少，实现在线监测线圈匹配状态和自动投切电容进行匹配；另一方面，在电池组的负极和接地端之间串入电流取样电阻，检测该电阻两端压降可以检测充、放电电流。根据充、放电电流可以计算出电池冲入和放出的电量，从充入的总电量减去放出的电量即可得到电池现有的电量，以此可准确判断出电池的状态；
(5)通过在电流采集电路中设置第一滞回比较器，根据采集的电流信号，输出与该电流信号同频率的方波信号，并将该方波信号输出至主控制器，为主控制器计算并判断投切电容量提供基础数据；
(6)由于运算放大器输入端常常叠加有很小的波动电压，可能使比较器在比较电平附近产生振荡，为了克服比较器产生振荡，在同相输入端加入少量的正反馈，构成第三滞回比较器，并且第三滞回比较器将输入的正弦波信号变为同频率的方波信号Upluse，Upluse作为采样同步头给主控制器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种无线远传电磁流量计供电系统的结构图；
图2为本发明一种无线远传电磁流量计供电系统中阻抗匹配电路和工频功率放大电路的结构图；
图3为本发明一种无线远传电磁流量计供电系统中电压采集电路和电流采集电路的结构图；
图4为本发明一种无线远传电磁流量计供电系统中双向可控硅投切电容电路的电路图；
图5为本发明一种无线远传电磁流量计供电系统中双向可控硅触发电路的电路图；
图6为本发明一种无线远传电磁流量计供电系统中电流采集电路的电路图；
图7为本发明一种无线远传电磁流量计供电系统中工频功率放大电路的电路图；
图8为本发明一种无线远传电磁流量计供电系统中电压采集电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种无线远传电磁流量计供电系统，其包括充电电源、级联蓄电池组、第一DC/DC电源、第二DC/DC电源、励磁线圈和主控制器、无线传输模块、阻抗匹配电路、工频功率放大电路和蓄电池电量管理模块。
充电电源，由于挖泥船必须长期在海面上进行施工，而蓄电池的容量有限，因而必须适时对蓄电池进行充电，本实施例中设置充电电源对级联蓄电池组进行充电。优选的，本实施例中采用兼容式设计，充电电源包括：手摇式永磁发电机、DC/DC变换器、220V交流源和AC/DC变换器，并且提供两种充电方案，方案一：手摇式永磁发电机输出12V直流信号至DC/DC变换器，DC/DC变换器将该12V直流信号升压至56VDC_4A信号，56VDC_4A信号给级联蓄电池组充电；方案二：220V交流源输出220V交流电至AC/DC变换器，AC/DC变换器将该220V交流电降压以及变化成56VDC_4A信号，该56VDC_4A信号给级联蓄电池组充电。
级联蓄电池组，提供电能。本实施例中，级联蓄电池组选用48V级联蓄电池组，为后级电路提供48CDC的稳定直流信号。可采用现有技术实现，在此不再累述。
第一DC/DC电源，将48V级联蓄电池组输出的48CDC的稳定直流信号转换为无线传输模块的工作电压。本实施例中，无线传输模块的工作电压为12V，因此，第一DC/DC电源将48V级联蓄电池组输出的48CDC的稳定直流信号转换为12V的直流信号，不仅可以提供稳定的电压源，还能实现电源通断控制，从而延长蓄电池供电时间，同时还可以实现各级电路输入与输出之间的有效隔离，大大衰减各级电路之间的耦合和干扰。可采用现有技术实现，在此不再累述。
第二DC/DC电源，将48V级联蓄电池组输出的48CDC的稳定直流信号转换为阻抗匹配电路和工频功率放大电路所需的工作电压。本实施例中，阻抗匹配电路和工频功率放大电路所需的工作电压为15V，因此，第二DC/DC电源将48V级联蓄电池组输出的48CDC的稳定直流信号转换为15V的直流信号，不仅可以提供稳定的电压源，还能实现电源通断控制，从而延长蓄电池供电时间，同时还可以实现各级电路输入与输出之间的有效隔离，大大衰减各级电路之间的耦合和干扰。可采用现有技术实现，在此不再累述。
蓄电池电量管理模块，控制第一DC/DC电源和第二DC/DC电源的开关，根据无线传输模块、阻抗匹配电路和工频功率放大电路的工作状态实现电池电量的有效分配。若蓄电池电量管理模块接收到主控制器发出的某个功能模块的工作请求时，作出相应操作，开启相关功能模块的供电电源，该功能模块进入工作状态；若蓄电池电量管理模块未接收到功能模块的工作请求或者该功能模块已工作完成处于空闲状态，则断开该功能模块的供电电源，使之进入休眠状态，此过程皆须程序作出预判断和预操作。在关断状态时，电池供给DC/DC电源的实际电流接近于零，实际功耗也为零，实现了蓄电池电量的有效利用。
阻抗匹配电路，对于交流励磁系统，其励磁线圈基本上等效为感性负载，感抗在数值上比线圈铜电阻大得多，励磁线圈中的励磁电流大小取决于线圈的电阻和电感，而且主要决定于电感。采用主控制器控制可控硅投切超级电容的方式进行串联谐振，降低电感感抗消耗的无功功率，提高励磁线圈的输出功率，因此，本实施例中，设置阻抗匹配电路减少励磁线圈产生的无功功率。优选的，本实施例中，如图2所示，阻抗匹配电路包括双向可控硅投切电容电路、双向可控硅触发电路和电流采集电路；主控制器输出的开关量信号经双向可控硅触发电路控制双向可控硅投切电容电路实现励磁线圈的阻抗匹配，电流采集电路检测流过励磁线圈电流的大小。
双向可控硅投切电容电路，利用双向可控硅投切电容，采用串联电容进行阻抗匹配，减少励磁线圈产生的无功功率，提高励磁线圈的输出功率。本实施例中，如图4所示，双向可控硅投切电容电路包括：电容C1-C10、电阻R1、双向可控硅K1-K4、瞬态电压抑制二极管TVS1和CN1接口；具体的，电容C1并联在CN1接口的引脚1与引脚2之间，CN1接口的引脚2与励磁线圈的一端电性连接；电容C2-C5并联组成并联电容器，CN1接口的引脚2通过并联电容器与双向可控硅K1的一端电性连接，双向可控硅K1的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；CN1接口的引脚2通过并联的电容C6和电容C7与双向可控硅K2的一端电性连接，双向可控硅K2的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；CN1接口的引脚2通过电容C8与双向可控硅K3的一端电性连接，双向可控硅K3的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；CN1接口的引脚2通过串联的电容C9和电容C10与双向可控硅K4的一端电性连接，双向可控硅K4的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；述双向可控硅K1-K4的控制极分别与双向可控硅触发电路电性连接；电阻R1的一端分别与CN1接口的引脚1和电流采集电路电性连接，电阻R1的另一端接地，瞬态电压抑制二极管TVS1并联在电阻R1的两端。其中，VL2为励磁线圈一端，励磁线圈的另一端VL1接电源。电容C2-C10均采用现有4.7uF聚丙烯电容，电容C1和瞬态电压抑制二极管TVS1组成能量吸收电路，避免双向可控硅K1-K4都断开时，励磁线圈通电状态下空载时，形成的反峰电压造成其他部分电路的损坏；CN1接口为扩充电容预留口，使得无论管径为多少，均可兼容此阻抗匹配电路；电阻R1为线圈电流采样电阻，通过检测R1两端电压即可得到流过线圈的电流。当投切电容与励磁线圈电感达到阻抗匹配时，其等效电阻为纯电阻R，等效电路中电压与电流同相位。以电压作为同步头，进行电流采样，得到等效电路中电压与电流的相位差，以及电流幅值，通过主控制器计算并判断投切电容的多少，实现在线监测线圈匹配状态和自动投切电容进行匹配。
双向可控硅触发电路，用于控制双向可控硅的开或关。本实施例中，双向可控硅触发电路输出四组控制信号，分别表示为O1、O2、O3和O4，以控制双向可控硅投切电容电路中四个双向可控硅K1-K4。在此只介绍其中一组双向可控硅触发电路，如图5所示，主控制器输出的开关量信号O1经过MOS管Q5-Q6驱动后，输出控制双向可控硅K1的控制信号。
电流采集电路，检测流过励磁线圈的电流。本实施例中通过检测R1两端电压即可得到流过励磁线圈的电流。优选的，本实施例中，如图3所示，电流采集电路包括：反向放大器、差分放大器和第一滞回比较器。反向放大器，将采集的电流信号进行反向放大；差分放大器将反向放大后的信号进行差分放大，并输出至AD采样端口；第一滞回比较器根据采集的电流信号，输出与该电流信号同频率的方波信号，并将该方波信号输出至主控制器的第一输入端。优选的，电流采集电路的电路图如图6所示，其中，C12为交流负反馈并联电容，抑制运放高频自激振荡；电路前级为反向放大器，经过后级差分放大器获得IBm信号，输入主控制器AD采样端口，进行电流幅值采样。TL082构成滞回比较器，得到与电流信号同频率的方波信号Ipluse，并且输入至主控制器的第一输入端；二极管D14和D15钳位输出，使得输出高电平为+5V，低电平为0V。
工频功率放大电路，由于励磁电流必须保证为大于1A电流，因此，本实施例中设置工频功率放大电路将获得的直流电转换为工频交流电。本实施例中，如图2所示，工频功率放大电路包括：第二滞回比较器、积分放大器、功率放大电路和电压采集电路。
第二滞回比较器，将主控制器输出的方波信号转换为上下对称的50Hz方波信号。本实施例中，主控制器输出的方波信号为50Hz方波信号，幅值为0～5V，该方波信号经过第二滞回比较器可得到高电平为+2.5V，低电平为-2.5V上下对称的50Hz方波信号。具体的，如图7所示，本实施例中，第二滞回比较器包括：电阻R50-R52、电阻R55、电容C54和第一运算放大器TL082；主控制器输出的方波信号通过电阻R50输出至第一运算放大器TL082的引脚3，电阻R55并联在第一运算放大器TL082的引脚3与其引脚1之间，第一运算放大器TL082的引脚1与积分放大器电性连接；第一运算放大器TL082的引脚2分别与电阻R51的一端和电阻R52的一端电性连接，电阻R51另一端与电源的负极电性连接，电阻R52的另一端接地，电容C54并联在电阻R52的两端。
积分放大器，将上下对称的方波信号平滑输出为50Hz正弦波信号。本实施例中，如图7所示，积分放大器包括：电阻R56-R59、电容C55-C58和第二运算放大器TL082；第一运算放大器TL082的引脚1通过电阻R56与第二运算放大器TL082的引脚6电性连接，第二运算放大器TL082的引脚5通过电阻R57接地，电容C55并联在第二运算放大器TL082的引脚6与其引脚7之间，电容C56并联在电容C55的两端，第二运算放大器TL082的引脚7通过电阻R58与电容C58的一端电性连接，电容C58的另一端与功率放大电路的输入端电性连接，电容C57的一端与电容C58的一端电性连接，电阻R59的一端与电容C58的另一端电性连接，电容C57的另一端和电阻R59的另一端均接地。
功率放大电路，将积分放大器输出的50Hz正弦波信号进行功率放大，并将功率放大后的正弦波输出至励磁线圈的另一端。如图7所示，功率放大电路包括：电阻R60-R61、电容C59、二极管D50-D51和运算放大器TDA2030；电容C58的另一端与运算放大器TDA2030的引脚1电性连接，运算放大器TDA2030的引脚2通过电阻R61与其引脚4电性连接，电容C59的一端与运算放大器TDA2030的引脚2电性连接，电容C59的另一端通过电阻R60接地，二极管D50的正极和二极管D51的负极分别与运算放大器TDA2030的引脚1电性连接，二极管D50的负极与运算放大器TDA2030的引脚5电性连接，二极管D51的正极与运算放大器TDA2030的引脚3电性连接，运算放大器TDA2030的引脚1与励磁线圈的另一端电性连接。其中，功率放大电路最大输出功率为Po＝18W，并且具有多种输入输出电路保护，可靠性高。
电压采集电路，将采集的电压作为同步头，进行电流采样，得到等效电路中电压与电流的相位差，以及电流幅值，通过主控制器计算并判断投切电容的多少，实现在线监测线圈匹配状态和自动投切电容进行匹配。本实施例中，如图2所示，电压采集电路包括：同相放大器和第三滞回比较器。
同相放大器，将流过励磁线圈的另一端的正弦波信号进行放大。本实施例中，同相放大器的电路图如图8所示，VL1为励磁线圈电源供给端，励磁线圈电源由功率放大电路输出电压，也就是等效电路两端电压；同相放大器作为前级放大器，电容C11是交流负反馈并联电容，这个反馈电容的存在，使得阻容并联阻抗比电阻小，负反馈深度增加，放大器增益下降，另外由于电容的频率特性，使得放大器在带宽内的高频负反馈量比低频的大，所以高频增益比低频增益小，从而能够抑制运放高频自激振荡。
第三滞回比较器，由于运算放大器输入端常常叠加有很小的波动电压，可能使比较器在比较电平附近产生振荡，为了克服比较器产生振荡，在同相输入端加入少量的正反馈，构成第三滞回比较器。本实施例中，第三滞回比较器作为电压采集电路的后级放大器，其电路图如图8所示，TL082运算放大器组成的滞回比较器，将输入的正弦波信号变为同频率的方波信号Upluse，Upluse作为采样同步头给主控制器。
无线传输模块，将电磁流量计采集的流量信息通过无线传输至远程终端。本实施例中，无线传输模块可采用RF/230无线远传模块。
主控制器，主要功能为产生50Hz方波信号SIN，采集Upulse和Ipulse方波信号，将Upulse方波信号作为同步头，计算两者之间的相位差，通过采样IBm信号计算出匹配电容的大小，通过控制端口O1、O2、O3、O4输出电平，来分别控制双向可控硅K1、K2、K3、K4的状态，从而达到自动切换匹配电容的功能。
本实施例的工作原理为：主控制器输出开关量信号，以触发双向可控硅触发电路控制双向可控硅投切电容电路进行串联谐振，降低谐振线圈的电感感抗消耗的无功功率，提高励磁电路的输出功率；主控制器输出方波信号，经过第二滞回比较器可得到高电平为+2.5V，低电平为-2.5V上下对称的50Hz方波信号，积分放大器将上下对称的方波信号平滑输出为50Hz正弦波信号，功率放大电路将积分放大器输出的50Hz正弦波信号进行功率放大，并将功率放大后的正弦波输出至励磁线圈的另一端，保证励磁线圈中的励磁电流大于1A电流；当投切电容与励磁线圈电感达到阻抗匹配时，其等效电阻为纯电阻R，等效电路中电压与电流同相位，此时，以电压采集电路输出的Upulse方波信号作为同步头，进行电流采样，得到等效电路中电压与电流的相位差，以及电流幅值，通过主控制器计算并判断投切电容的多少，实现在线监测线圈匹配状态和自动投切电容进行匹配。
本实施例的有益效果为：设置阻抗匹配电路，利用双向可控硅投切电容，采用串联电容进行阻抗匹配，改善负载传感器的功率因数，以减小电源的负荷，减少励磁线圈产生的无功功率，提高励磁线圈的输出功率；设置工频功率放大电路将获得的直流电转换为工频交流电，保证励磁线圈中的励磁电流大于1A电流；通过阻抗匹配电路和工频功率放大电路将原有交流励磁电磁流量计视在功率由500VA降为13VA，大大降低了使用功耗，从而使得交流励磁系统实现电池供电成为可能；
在阻抗匹配电路中设置双向可控硅投切电容电路，利用双向可控硅投切电容，采用串联电容进行阻抗匹配，减少励磁线圈产生的无功功率，提高励磁线圈的输出功率；
通过在工频功率放大电路中设置第二滞回比较器、积分放大器、功率放大电路和电压采集电路，主控制器输出的50Hz方波信号，幅值为0～5V，该方波信号经过第二滞回比较器可得到高电平为+2.5V，低电平为-2.5V上下对称的50Hz方波信号，积分放大器将上下对称的方波信号平滑输出为50Hz正弦波信号，功率放大电路将积分放大器输出的50Hz正弦波信号进行功率放大，并将功率放大后的正弦波输出至励磁线圈的另一端，保证励磁线圈中的励磁电流大于1A电流；
通过设置电压采集电路和电流采集电路，一方面，当投切电容与励磁线圈电感达到阻抗匹配时，其等效电阻为纯电阻R，等效电路中电压与电流同相位，此时，以电压作为同步头，进行电流采样，得到等效电路中电压与电流的相位差，以及电流幅值，通过主控制器计算并判断投切电容的多少，实现在线监测线圈匹配状态和自动投切电容进行匹配；另一方面，在电池组的负极和接地端之间串入电流取样电阻，检测该电阻两端压降可以检测充、放电电流。根据充、放电电流可以计算出电池冲入和放出的电量，从充入的总电量减去放出的电量即可得到电池现有的电量，以此可准确判断出电池的状态；
通过在电流采集电路中设置第一滞回比较器，根据采集的电流信号，输出与该电流信号同频率的方波信号，并将该方波信号输出至主控制器，为主控制器计算并判断投切电容量提供基础数据；
由于运算放大器输入端常常叠加有很小的波动电压，可能使比较器在比较电平附近产生振荡，为了克服比较器产生振荡，在同相输入端加入少量的正反馈，构成第三滞回比较器，并且第三滞回比较器将输入的正弦波信号变为同频率的方波信号Upluse，Upluse作为采样同步头给主控制器。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线远传电磁流量计供电系统，其包括充电电源、级联蓄电池组、第一DC/DC电源、励磁线圈和主控制器，其特征在于：还包括第二DC/DC电源、无线传输模块、阻抗匹配电路和工频功率放大电路；
所述充电电源对级联蓄电池组进行充电，级联蓄电池组输出直流电压信号至第一DC/DC电源和第二DC/DC电源，第一DC/DC电源将该直流电压信号转换为无线传输模块的工作电压，第二DC/DC电源将该直流电压转换为阻抗匹配电路和工频功率放大电路所需的工作电压；
所述主控制器输出开关量信号，控制阻抗匹配电路实现阻抗匹配后输出至励磁线圈的一端；
所述主控制器输出方波信号，经工频功率放大电路将方波信号转换为工频交流电后输出至励磁线圈的另一端。
2.如权利要求1所述的一种无线远传电磁流量计供电系统，其特征在于：所述阻抗匹配电路包括双向可控硅投切电容电路、双向可控硅触发电路和电流采集电路；
所述主控制器输出的开关量信号经双向可控硅触发电路控制双向可控硅投切电容电路实现励磁线圈的阻抗匹配，电流采集电路检测流过励磁线圈电流的大小。
3.如权利要求2所述的一种无线远传电磁流量计供电系统，其特征在于：所述双向可控硅投切电容电路包括：电容C1-C10、电阻R1、双向可控硅K1-K4、瞬态电压抑制二极管TVS1和CN1接口；
所述电容C1并联在CN1接口的引脚1与引脚2之间，CN1接口的引脚2与励磁线圈的一端电性连接；
所述电容C2-C5并联组成并联电容器，CN1接口的引脚2通过并联电容器与双向可控硅K1的一端电性连接，双向可控硅K1的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；
所述CN1接口的引脚2通过并联的电容C6和电容C7与双向可控硅K2的一端电性连接，双向可控硅K2的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；
所述CN1接口的引脚2通过电容C8与双向可控硅K3的一端电性连接，双向可控硅K3的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；
所述CN1接口的引脚2通过串联的电容C9和电容C10与双向可控硅K4的一端电性连接，双向可控硅K4的另一端与CN1接口的引脚1电性连接；
所述双向可控硅K1-K4的控制极分别与双向可控硅触发电路电性连接；
所述电阻R1的一端分别与CN1接口的引脚1和电流采集电路电性连接，电阻R1的另一端接地，瞬态电压抑制二极管TVS1并联在电阻R1的两端。
4.如权利要求2所述的一种无线远传电磁流量计供电系统，其特征在于：所述电流采集电路包括：反向放大器、差分放大器和第一滞回比较器；
所述反向放大器将采集的电流信号进行反向放大；所述差分放大器将反向放大后的信号进行差分放大，并输出至AD采样端口；
所述第一滞回比较器根据采集的电流信号，输出与该电流信号同频率的方波信号，并将该方波信号输出至主控制器的第一输入端。
5.如权利要求1所述的一种无线远传电磁流量计供电系统，其特征在于：所述工频功率放大电路包括：第二滞回比较器、积分放大器、功率放大电路和电压采集电路；
所述第二滞回比较器将主控制器输出的方波信号转换为上下对称的50Hz方波信号；
所述积分放大器将该上下对称的50Hz方波信号平滑输出为50Hz正弦波信号；
所述功率放大电路对该50Hz正弦波信号进行功率放大，并将功率放大后的正弦波输出至励磁线圈的另一端；
所述电压采集电路采集励磁线圈的另一端的电压信号，并将采集结果输出至主控制器的第二输入端。
6.如权利要求5所述的一种无线远传电磁流量计供电系统，其特征在于：所述第二滞回比较器包括：电阻R50-R52、电阻R55、电容C54和第一运算放大器TL082；
所述主控制器输出的方波信号通过电阻R50输出至第一运算放大器TL082的引脚3，电阻R55并联在第一运算放大器TL082的引脚3与其引脚1之间，第一运算放大器TL082的引脚1与积分放大器电性连接；第一运算放大器TL082的引脚2分别与电阻R51的一端和电阻R52的一端电性连接，电阻R51另一端与电源的负极电性连接，电阻R52的另一端接地，电容C54并联在电阻R52的两端。
7.如权利要求6所述的一种无线远传电磁流量计供电系统，其特征在于：所述积分放大器包括：电阻R56-R59、电容C55-C58和第二运算放大器TL082；
所述第一运算放大器TL082的引脚1通过电阻R56与第二运算放大器TL082的引脚6电性连接，第二运算放大器TL082的引脚5通过电阻R57接地，电容C55并联在第二运算放大器TL082的引脚6与其引脚7之间，电容C56并联在电容C55的两端，第二运算放大器TL082的引脚7通过电阻R58与电容C58的一端电性连接，电容C58的另一端与功率放大电路的输入端电性连接，电容C57的一端与电容C58的一端电性连接，电阻R59的一端与电容C58的另一端电性连接，电容C57的另一端和电阻R59的另一端均接地。
8.如权利要求7所述的一种无线远传电磁流量计供电系统，其特征在于：所述功率放大电路包括：电阻R60-R61、电容C59、二极管D50-D51和运算放大器TDA2030；
所述电容C58的另一端与运算放大器TDA2030的引脚1电性连接，运算放大器TDA2030的引脚2通过电阻R61与其引脚4电性连接，电容C59的一端与运算放大器TDA2030的引脚2电性连接，电容C59的另一端通过电阻R60接地，二极管D50的正极和二极管D51的负极分别与运算放大器TDA2030的引脚1电性连接，二极管D50的负极与运算放大器TDA2030的引脚5电性连接，二极管D51的正极与运算放大器TDA2030的引脚3电性连接，运算放大器TDA2030的引脚1与励磁线圈的另一端电性连接。
9.如权利要求5所述的一种无线远传电磁流量计供电系统，其特征在于：所述电压采集电路包括：同相放大器和第三滞回比较器；
所述同相放大器将流过励磁线圈的另一端的正弦波信号进行放大；
所述第三滞回比较器将放大后的正弦波信号转变为同频率的方波信号，并将该方波信号输出至主控制器的第二输入端。
10.如权利要求1所述的一种无线远传电磁流量计供电系统，其特征在于：还包括：蓄电池电量管理模块；
所述蓄电池电量管理模块控制第一DC/DC电源和第二DC/DC电源的开关，根据无线传输模块、阻抗匹配电路和工频功率放大电路的工作状态实现电池电量的有效分配。
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