CN112945317A - 一种射流水表在低流速下信号处理的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种射流水表在低流速下信号处理的系统和方法，其中，该系统包括：双稳态射流反馈振荡腔、仪表放大器、滤波电路和滞回比较器；仪表放大器，用于获取双稳态射流反馈振荡腔产生的原始流量信号，并对该原始流量信号进行处理，输出得到放大信号；滤波电路，用于对放大信号进行高通和低通滤波，去除低频分量以及高频杂波，得到滤波信号；滞回比较器，用于对输入滞回比较器的滤波信号进行比较处理，得到稳定的方波信号，解决了射流水表在低雷诺数流体下小流量测量特性存在的信号检测方法复杂、测量不够稳定和射流表量程比低的问题，提高了小流量流体参数测量的稳定性，以及射流水表的量程比。

Description

一种射流水表在低流速下信号处理的系统和方法

技术领域

本申请涉及信号处理领域，特别是涉及一种射流水表在低流速下信号处理的系统和方法。

背景技术

射流水表属于物联网水表的一种，是新一代智能水表。相较于传统机械式水表，具有结构简单、工作可靠、寿命较长和性能稳定等诸多优点。随着相关技术的进一步成熟，射流水表的规模化市场应用前景广阔。射流水表是利用流体在射流计量腔中产生与其流速成正比的双稳态振荡这一原理而构成的，然而，其振荡信号中夹杂着很多干扰信号，如何从干扰信号中提取稳定可靠的信号是射流电子水表研发的难点所在。

在相关技术中，射流流量计在低流速下测量管道中小流量流体的流速、流量以及累积流量等参数时，由于流量信号微弱，且夹杂很多干扰信号，因此，无法精准测量出水流量参数。

目前针对相关技术中，射流水表在低雷诺数流体下小流量测量特性存在的信号检测方法复杂、测量不够稳定和射流表量程比低的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种射流水表在低流速下信号处理的系统和方法，至少解决相关技术中射流水表在低雷诺数流体下小流量测量特性存在的信号检测方法复杂、测量不够稳定和射流表量程比低的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种射流水表在低流速下信号处理的系统，所述系统包括：

仪表放大器，用于获取所述双稳态射流反馈振荡腔产生的原始流量信号，并对所述原始流量信号进行处理，输出得到放大信号；

滤波电路，用于对所述放大信号进行高通和低通滤波，去除低频分量以及高频杂波，得到滤波信号；

滞回比较器，用于对输入所述滞回比较器的所述滤波信号进行比较处理，得到稳定的方波信号。

在其中一些实施例中，在所述仪表放大器中设置矩形波震荡电路；

所述仪表放大器，还用于在将所述原始流量信号输入仪表放大器之后，通过所述矩形波震荡电路检测所述双稳态射流反馈振荡腔中是否产生所述原始流量信号。

在其中一些实施例中，所述系统还包括信号检测电路，

所述信号检测电路，用于通过所述矩形波震荡电路，产生预设频率的矩形波；

在有水的情况下，所述原始流量信号输入端的阻值较小，所述矩形波震荡电路输出高电平；

在无水的情况下，所述输入端阻值很大，所述矩形波震荡电路输出所述矩形波。

在其中一些实施例中，在所述信号检测电路检测到所述原始流量信号的情况下，

所述仪表放大器，还用于通过对称电路结构滤除所述原始流量信号中的共模信号。

在其中一些实施例中，所述得到稳定的方波信号之后，

所述方波信号输入MUC中，通过所述MUC识别高电平频率，得到稳定的流量参数。

第二方面，本申请实施例提供了一种射流水表在低流速下信号处理的方法，应用于射流水表信号处理系统中，其中，所述系统包括：双稳态射流反馈振荡腔、仪表放大器、滤波电路和滞回比较器，所述信号处理方法包括：

所述双稳态射流反馈振荡腔产生原始流量信号，并输入所述仪表放大器中进行处理，输出得到放大信号；

所述滤波电路对所述放大信号进行高通和低通滤波，去除低频分量以及高频杂波，得到滤波信号；

所述滤波信号输入所述滞回比较器进行比较处理，得到稳定的方波信号。

在其中一些实施例中，在所述仪表放大器中设置矩形波震荡电路，在将所述原始流量信号输入仪表放大器之后，所述方法包括：

通过所述矩形波震荡电路检测所述双稳态射流反馈振荡腔中是否产生所述原始流量信号。

在其中一些实施例中，所述检测是否产生所述原始流量信号包括：

通过所述矩形波震荡电路，产生预设频率的矩形波；

在有水的情况下，所述原始流量信号输入端的阻值较小，所述矩形波震荡电路输出高电平；

在无水的情况下，所述输入端阻值很大，所述矩形波震荡电路输出所述矩形波。

在其中一些实施例中，在所述信号检测电路检测到所述原始流量信号的情况下，所述方法包括：

所述仪表放大器通过对称电路结构滤除所述原始流量信号中的共模信号。

在其中一些实施例中，所述得到稳定的方波信号之后，所述方法包括：

将所述方波信号输入MUC中，通过所述MUC识别高电平频率，得到稳定的流量参数。

相比于相关技术，本申请实施例提供的一种射流水表在低流速下信号处理的系统，该系统包括：双稳态射流反馈振荡腔、仪表放大器、滤波电路和滞回比较器；仪表放大器，用于获取双稳态射流反馈振荡腔产生的原始流量信号，并对该原始流量信号进行处理，输出得到放大信号；滤波电路，用于对放大信号进行高通和低通滤波，去除低频分量以及高频杂波，得到滤波信号；滞回比较器，用于对输入滞回比较器的滤波信号进行比较处理，得到稳定的方波信号，解决了射流水表在低雷诺数流体下小流量测量特性存在的信号检测方法复杂、测量不够稳定和射流表量程比低的问题，提高了小流量流体参数测量的稳定性，以及射流水表的量程比。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种射流水表在低流速下信号处理系统的结构框图；

图2是根据本申请实施例的射流水表信号检测电路的示意图；

图3是根据本申请实施例的滤波电路输出的滤波波形示意图；

图4是根据本申请实施例的滞回比较器输出的方波信号波形示意图；

图5是根据本申请实施例的一种射流水表在低流速下信号处理方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本实施例提供了一种射流水表在低流速下信号处理的系统，该系统用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本申请提供了一种射流水表在低流速下信号处理的系统，图1是根据本申请实施例的一种射流水表在低流速下信号处理系统的结构框图，如图1所示，该系统包括：双稳态射流反馈振荡腔10、仪表放大器11、滤波电路12和滞回比较器13；仪表放大器11，用于获取双稳态射流反馈振荡腔10产生的原始流量信号，并对该原始流量信号进行处理，输出得到放大信号；滤波电路12，用于对放大信号进行高通和低通滤波，去除低频分量以及高频杂波，得到滤波信号；滞回比较器13，用于对输入滞回比较器的滤波信号进行比较处理，得到稳定的方波信号。

通过上述系统，仪表放大器11获取流体通过双稳态射流反馈振荡腔10时产生的原始流量信号，其中，特别是在低流速下，双稳态射流反馈振荡腔10中水流速度大约为0.05m/s时产生的原始流量信号不仅十分的微弱，大概为37mv，而且夹杂着很多干扰信号，因此，本实施例采用高共模抑制比、高输入阻抗、低失调漂移增益的放大电路对输入的原始流量信号进行处理，输出得到放大信号。优选的，在仪表放大器11中设置矩形震荡电路，在将原始流量信号输入仪表放大器之后，通过矩形波震荡电路检测双稳态射流反馈振荡腔10中是否产生了原始流量信号。图2是根据本申请实施例的射流水表信号检测电路的示意图，如图2所示，优选的，信号检测电路14通过矩形波震荡电路，产生预设频率的矩形波，例如，产生1hz的矩形波信号，在有水的情况下，由于电路的原始流量信号输入端(PowerIn)的电极阻值会迅速降低，以至于矩形波震荡电路的输出端Vref端输出高电平，形成回路；优选的，在信号检测电路14检测到有原始流量信号输入的情况下，仪表放大器11通过对称电路结构能有效的滤除原始流量信号中的共模信号。由于共模信号是作用在仪表放大器11两个输入端的相同信号，通常是由于线路传导和空间磁场干扰产生的，是不希望出现的信号，如果共模信号被放大很多，会影响到真正需要放大的差模信号。因此，本实施例通过仪表放大器11滤除原始流量中的共模干扰信号，有利于提高后续流量参数测量的稳定性；此外，在无水的情况下，由于输入端(PowerIn)的电极两端的阻值很大，达到几百MΩ，因此电路无法形成回路，矩形波震荡电路产生的矩形波波形不变，在Vref输出端输出1khz的矩形波；

图3是根据本申请实施例的滤波电路输出的滤波波形示意图，如图3所示，滤波电路12对得到的放大信号进行高通滤波，去除信号中的低频分量使得信号处在稳定的基准线附近波动，然后再进行低通滤波，去除高频杂波，得到图3中的滤波信号；

图4是根据本申请实施例的滞回比较器输出的方波信号波形示意图，如图4所示，滞回比较器13对输入的经过滤波电路12高通和低通滤波的滤波信号进行比较处理，得到稳定的方波信号，优选的，在得到如图4所示中稳定的方波信号之后，将方波信号输入到MUC单片机中，通过MUC识别方波信号中的高电平频率，从而计算得到流体的流量参数，由于方波信号是稳定的信号，因此能得到稳定的流量参数，提高测量参数的量程比。

上述整个系统解决了射流水表在低雷诺数流体下小流量测量特性存在的信号检测方法复杂、测量不够稳定和射流表量程比低的问题，提高了小流量流体参数测量的稳定性，以及射流水表的量程比。

本实施例还提供了一种射流水表在低流速下信号处理的方法，图5是根据本申请实施例的一种射流水表在低流速下信号处理方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：

步骤S501，双稳态射流反馈振荡腔产生原始流量信号，并输入仪表放大器中进行处理，输出得到放大信号，其中，双稳态射流反馈振荡腔是射流水表内腔的特定机械结构，流体在流过射流计量腔时会产生与其流速成正比的双稳态振荡信号，特别是在低流速下，双稳态射流反馈振荡腔中水流速度大约为0.05m/s时产生的原始流量信号不仅十分的微弱，大概为37mv，而且夹杂着很多干扰信号，因此，本实施例采用高共模抑制比、高输入阻抗、低失调漂移增益的放大电路对输入的原始流量信号进行处理，输出得到放大信号。

优选的，在仪表放大器中设置矩形震荡电路，在将原始流量信号输入仪表放大器之后，通过矩形波震荡电路检测双稳态射流反馈振荡腔中是否产生了原始流量信号。可选的，信号检测电路通过矩形波震荡电路，产生预设频率的矩形波，例如，产生1hz的矩形波信号，在有水的情况下，由于电路的原始流量信号输入端(PowerIn)的电极阻值会迅速降低，以至于矩形波震荡电路的输出端Vref端输出高电平，形成回路；优选的，在信号检测电路检测到有原始流量信号输入的情况下，仪表放大器通过对称电路结构能有效的滤除原始流量信号中的共模信号。由于共模信号是作用在仪表放大器两个输入端的相同信号，通常是由于线路传导和空间磁场干扰产生的，是不希望出现的信号，如果共模信号被放大很多，会影响到真正需要放大的差模信号。因此，本实施例通过仪表放大器滤除原始流量中的共模干扰信号，有利于提高后续流量参数测量的稳定性；此外，在无水的情况下，由于输入端(PowerIn)的电极两端的阻值很大，达到几百MΩ，因此电路无法形成回路，矩形波震荡电路产生的矩形波波形不变，在Vref输出端输出1khz的矩形波。

步骤S502，滤波电路对得到的放大信号进行高通滤波，去除信号中的低频分量，使得信号处在稳定的基准线附近波动，然后再进行低通滤波，去除高频杂波，得到图3中的滤波信号，本实施例通过滤波电路能有效的去除信号中的干扰信号，得到有效的流量信号，有利于后续的参数提取。

步骤S503，滞回比较器对输入的经过滤波电路高通滤波和低通滤波的滤波信号进行比较处理，得到稳定的方波信号，优选的，在得到如图4所示中稳定的方波信号之后，将方波信号输入到MUC单片机中，通过MUC识别方波信号中的高电平频率，从而计算得到流体的流量参数，由于方波信号是稳定的信号，因此能得到稳定的流量参数，提高测量参数的量程比。

通过上述步骤S501至步骤S503，相对于现有技术中，射流流量计在低流速下测量管道中小流量流体的流速、流量以及累积流量等参数时，由于流量信号微弱，且夹杂很多干扰信号，因此，无法精准测量出水流量参数的问题。本实施例中双稳态射流反馈振荡腔产生原始流量信号，并输入仪表放大器中进行处理，输出得到放大信号；接着滤波电路对得到的放大信号进行高通和低通滤波，去除低频分量以及高频杂波，得到滤波信号；最后将滤波信号输入滞回比较器进行比较处理，得到稳定的方波信号，得到的方波信号输入MUC单片机中，识别信号高电平频率，能有效得到稳定的流量参数，解决了现有技术中射流水表在低雷诺数流体下小流量测量特性存在的信号检测方法复杂、测量不够稳定和射流表量程比低的问题，提高了小流量流体参数测量的稳定性，以及射流水表的量程比。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

下面结合应用场景对本发明进行详细的说明。

本发明的目的是提供一种射流水表在低流速下信号处理的系统和方法，本实施例中的射流水表在低流速下信号处理的技术方案的流程步骤包括：

S1，流体在流过射流计量腔中的特定机械结构双稳态射流反馈振荡腔时，产生与其流速成正比的双稳态振荡信号，该信号为原始流量信号；

S2，仪表放大器，获取双稳态射流反馈振荡腔产生的原始流量信号，并对该原始流量信号进行处理，输出得到放大信号；

S3，滤波电路，对得到的放大信号进行高通和低通滤波，去除低频分量以及高频杂波，得到滤波信号；

S4，滞回比较器，对输入滞回比较器的滤波信号进行比较处理，得到稳定的方波信号；

S5，得到稳定的方波信号之后，方波信号输入MUC单片机中，通过MUC识别稳定的方波信号的高电平频率，最后计算得到流量参数。

本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种射流水表在低流速下信号处理的系统，其特征在于，所述系统包括：双稳态射流反馈振荡腔、仪表放大器、滤波电路和滞回比较器；

仪表放大器，用于获取所述双稳态射流反馈振荡腔产生的原始流量信号，并对所述原始流量信号进行处理，输出得到放大信号；

滤波电路，用于对所述放大信号进行高通和低通滤波，去除低频分量以及高频杂波，得到滤波信号；

滞回比较器，用于对输入所述滞回比较器的所述滤波信号进行比较处理，得到稳定的方波信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述仪表放大器中设置矩形波震荡电路；

所述仪表放大器，还用于在将所述原始流量信号输入仪表放大器之后，通过所述矩形波震荡电路检测所述双稳态射流反馈振荡腔中是否产生所述原始流量信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括信号检测电路，

所述信号检测电路，用于通过所述矩形波震荡电路，产生预设频率的矩形波；

在有水的情况下，所述原始流量信号输入端的阻值较小，所述矩形波震荡电路输出高电平；

在无水的情况下，所述输入端阻值很大，所述矩形波震荡电路输出所述矩形波。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述信号检测电路检测到所述原始流量信号的情况下，

所述仪表放大器，还用于通过对称电路结构滤除所述原始流量信号中的共模信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述得到稳定的方波信号之后，

所述方波信号输入MUC中，通过所述MUC识别高电平频率，得到稳定的流量参数。

6.一种射流水表在低流速下信号处理的方法，其特征在于，应用于射流水表信号处理系统中，其中，所述系统包括：双稳态射流反馈振荡腔、仪表放大器、滤波电路和滞回比较器，所述信号处理方法包括：

所述双稳态射流反馈振荡腔产生原始流量信号，并输入所述仪表放大器中进行处理，输出得到放大信号；

所述滤波电路对所述放大信号进行高通和低通滤波，去除低频分量以及高频杂波，得到滤波信号；

所述滤波信号输入所述滞回比较器进行比较处理，得到稳定的方波信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述仪表放大器中设置矩形波震荡电路，在将所述原始流量信号输入仪表放大器之后，所述方法包括：

通过所述矩形波震荡电路检测所述双稳态射流反馈振荡腔中是否产生所述原始流量信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述检测是否产生所述原始流量信号包括：

通过所述矩形波震荡电路，产生预设频率的矩形波；

在有水的情况下，所述原始流量信号输入端的阻值较小，所述矩形波震荡电路输出高电平；

在无水的情况下，所述输入端阻值很大，所述矩形波震荡电路输出所述矩形波。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述信号检测电路检测到所述原始流量信号之后，所述方法包括：

所述仪表放大器通过对称电路结构滤除所述原始流量信号中的共模信号。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述得到稳定的方波信号之后，所述方法包括：

将所述方波信号输入MUC中，通过所述MUC识别高电平频率，得到稳定的流量参数。

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