CN115060335A - 一种超声波燃气表的抗电磁干扰系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波燃气表的抗电磁干扰系统和方法,系统包括:燃气表壳体,一侧并列设有表接头和出气管接口;屏蔽腔位于燃气表壳体内并通过出气管与出气管接口连通,屏蔽腔包括契合连接的第一壳体和第二壳体,两者连接形成一个空腔,空腔内安装有超声波传感器模组;第一壳体上设有滤波器安装底座,穿心电容焊接到滤波器安装底座上;以及控制器,位于屏蔽腔内,控制器连接有阀门控制电路、超声波采样电路、时间检测电路和增益控制电路和通讯电路,超声波采样电路连接超声波传感器模组,控制器通过通讯电路连接有服务器,服务器电连接监控终端。本申请通过软硬件结合的双层屏蔽防护,抗干扰性能更强,更能适合复杂电磁干扰的使用环境。
Description
技术领域
本发明涉及燃气设备领域,尤其是涉及一种超声波燃气表的抗电磁干扰系统和方法。
背景技术
超声波技术燃气表是采用通过测量固定截面气体顺逆流流速来实现燃气计量。超声波燃气表由于其全电子结构特点,无机械传动部分,运行无机械噪音,不受机械磨损及故障影响,长期使用计量精度不劣化,耐久性好,使用寿命更长;无磁感元件,计量不易受磁场影响,与以往的膜式燃气表相比在体积、精度、重复性以及寿命、维护上、智能化扩展方面都有着无可比拟的优势。
超声波燃气表内置的超声波传感器模组一般采用200K~500K的压电陶瓷进行机械和电信号转换。但是超声波燃气表在使用过程会受到中低频信号的干扰,中低频信号会干扰到超声波的正常工作,从而影响计量精度,而导致影响超声波燃气表的难以正常工作,影响使用者的正常使用当外部存在较大的同频率电磁信号时会严重影响到超声波模组的正常信号收发,造成较大计量误差。
目前市场上的超声波燃气表大多通过壳体焊接以及壳体间填充屏蔽材料来实现电磁防护,受壳体材料以及进出气口影响,壳体存在严重的电磁泄露,很难形成密闭的屏蔽腔,防护效果较差,通过电磁干扰测试,均存在较大的计量误差。
公开号为CN 215114694 U的中国实用新型专利公开了一种防电磁波干扰的超声波燃气表,超声波燃气表包括:金属上壳体、金属下壳体和壳体压合件;金属上壳体和金属下壳体契合连接,壳体压合件在金属上壳体和金属下壳体契合连接处将金属上壳体和金属下壳体压合连接;通过将超声波燃气表的外壳设置为契合连接的屏蔽壳体,初步对电磁波干扰进行隔离消减,提高计量精度,且在微小流量情况下,不会影响计量精度;在计量管段外表面设置的电磁波屏蔽层,可以对超声波燃气表进行二次屏蔽消减,当超声波燃气表的外壳有屏蔽缺陷时,电磁波屏蔽层可以进行二次屏蔽,电磁波屏蔽层不仅可以屏蔽,其电磁波吸收涂料的吸收层还可以对电磁波进行吸收。但是该技术方案主要采用壳体来实现电磁防护,成本较高,效果也不稳定。
基于上述问题,本发明提出一种基于软硬件结合的超声波燃气表电磁防护系统及方法。
发明内容
目前常见的超声波燃气表仅通过壳体焊接以及壳体间填充屏蔽材料来实现电磁防护,受壳体材料以及进出气口影响,壳体存在严重的电磁泄露,很难形成密闭的屏蔽腔,防护效果较差,通过电磁干扰测试,均存在较大的计量误差。
为解决上述技术问题,本申请的一个方面提供了一种超声波燃气表的抗电磁干扰系统,包括:燃气表壳体,一侧并列设有表接头和出气管接口;屏蔽腔,位于燃气表壳体内并通过出气管与出气管接口连通,屏蔽腔包括契合连接的第一壳体和第二壳体,第一壳体与第二壳体连接形成一个空腔,空腔内安装有超声波传感器模组;第一壳体上设有滤波器安装底座,穿心电容焊接到滤波器安装底座上;以及控制器,其位于屏蔽腔内,控制器连接有阀门控制电路、超声波采样电路、时间检测电路和增益控制电路和通讯电路,超声波采样电路连接超声波传感器模组,控制器通过通讯电路连接有服务器,服务器电连接监控终端。
根据本申请的实施例,滤波器安装底座上设有穿心电容接线柱,穿心电容接线柱空心设计通向屏蔽腔内,以供信号线穿过,信号线连接通讯电路。
根据本申请的实施例,滤波器安装底座采用螺丝固定在第一壳体上。
根据本申请的实施例,燃气表壳体由金属上壳体和金属下壳体契合连接,金属上壳体和金属下壳体契合处附有壳体压合件。
根据本申请的实施例,表接头一端连接燃气表,另一端连接有位于燃气表壳体内的控制阀,控制阀连接阀门控制电路。
根据本申请的实施例,控制器还连接有存储器和显示器。
根据本申请的实施例,表接头与出气管接口设置在连接板上,连接板通过冲压铆接在燃气表壳体上。
根据本申请的实施例,屏蔽腔采用支架安装在连接板底部。
根据本申请的实施例,第一壳体和第二壳体采用卡合连接,第一壳体沿边缘处设有凸起,第二壳体设有与凸起相适配的凹槽,凸起相应地卡入凹槽形成契合连接,同时,第一壳体和第二壳体在连接处还设有螺丝拧紧加固。
本申请的另一个方面,提供了一种超声波燃气表的抗电磁干扰方法,使用了上述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,包括以下步骤:
S1:在一个设定的检测周期内,每隔一个采集周期采集一个数据,记录一个检测周期采集的数据;
S2:设定比较平均值,判断记录的一个检测周期内的数据是否有超出平均值的二分之一的数据,若是,则认为外部存在电磁干扰,则将超声波传感器模组设置为快速采集模式,对该检测周期进行重采样,采样周期内增加采集数据;其中,采样周期小于检测周期;
S3:在快速采集模式下重新判断记录的采样数据是否符合要求,若仍旧受到干扰,计算干扰影响程度值,重复步骤S2,直至最后重采样的计量数据都消除干扰,所述超声波传感器模组进入普通模式。
根据本申请的实施例,步骤S2中快速采集模式通过滤波算法,滤除干扰数值,只取符合要求的数值进入后续处理,同时计算干扰程度影响值。
根据本申请的实施例,本申请防电磁干扰系统还包括包括存储器和处理器,处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现上述介绍的超声波燃气表防电磁干扰方法。
本发明技术方案相对于现有技术的有益效果是:
1.本发明在发现存在电磁干扰的情况下,通过使用软件滤波算法,针对超声波传感器模组收到干扰信号后适时调整采集模式、并进行滤波,滤除同频干扰信号,有效地消除电磁干扰带来的误差,提高准确性,该方法无需将采样时间缩短,不会带来任何电流的额外消耗,使燃气表的功耗不会增加,能够保证电池的正常使用寿命,不会增加额外成本。
2.本发明通过对超声波传感器模组本体进行电磁防护屏蔽,降低了对燃气表外壳体的电磁防护要求,外壳体不需要焊接,不存在焊接部位易腐蚀隐患,更适合批量生产加工;
3.本发明所提供的方法使超声波燃气表在空气环境下校准后就能保证在天然气下的计量准确度要求,无需在天然气环境下进行校准,则避免天然气带来的危险。
4.本发明中信号线通过穿芯电容滤波器进行滤波,穿芯电容滤波器直接固定在屏蔽腔上,能够有效滤除外部信号线导入的干扰信号。
5.本方案通过将超声波燃气表的外壳和屏蔽腔的外壳设置为契合连接的屏蔽壳体,初步对外界的电磁波干扰进行隔离消减,契合结构连接的屏蔽壳体能够减少外界电磁波穿过上下壳体的连接缝隙对内部计量设备的干扰,提高计量精度,且在微小流量情况下,不会影响计量精度。
6.本发明通过软硬件结合的双层屏蔽防护,抗干扰性能更强,更能适合复杂电磁干扰的使用环境。
附图说明
图1为本发明一种超声波燃气表的抗电磁干扰系统的内部结构示意图;
图2为本发明一种超声波燃气表的抗电磁干扰系统中屏蔽腔的爆炸图;
图3为本发明一种超声波燃气表的抗电磁干扰方法的流程示意框图。
附图标记说明如下:
1.支架,2.密封圈,3.卡扣,10.燃气表壳体,11.表接头,12.出气管接口,13.控制阀,14.连接板,20.屏蔽腔,21.滤波器安装底座,22. 第一壳体,23.第二壳体,24.出气管,211.穿心电容接线柱,221.凸起。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
请参见图1和图2所示,示出了一种超声波燃气表的抗电磁干扰系统,包括燃气表壳体10和位于该燃气表壳体10内的屏蔽腔20、控制器(图中未示出),屏蔽腔20通过出气管24连通燃气表壳体10上的出气管接口12,出气管接口12连接燃气表的出气管道,燃气表通过表接头11安装在燃气表壳体10上。
燃气表壳体10一侧并列设有表接头11和出气管接口12。
进一步地,表接头11一端连接燃气表,另一端连接有位于燃气表壳体10内的控制阀13。
进一步地,表接头11与出气管接口12设置在连接板14上,连接板14通过冲压铆接在燃气表壳体10上。
进一步地,燃气表壳体10由金属上壳体和金属下壳体契合连接,金属上壳体和金属下壳体契合处附有壳体压合件。金属上壳体上设置上连接件,金属下壳体上设置下连接件,当金属上壳体和金属下壳体契合密闭卡接时,上连接件与下连接件接触,壳体压合件包裹上连接件和下连接件并将二者压合。壳体压合件优选金属材料制造。
屏蔽腔20,位于燃气表壳体10内并通过出气管24与出气管接口12 连通,屏蔽腔20包括契合连接的第一壳体22和第二壳体23,第一壳体 22与第二壳体23连接形成一个空腔,空腔内安装有超声波传感器模组;第一壳体22上设有滤波器安装底座21,穿心电容焊接到滤波器安装底座 21上。
进一步地,如图2所示,超声波传感器模组通过连接件与出气管24 连通并组装在一起,连接件通过卡扣3固定在出水管的一侧,超声波传感器模组与出气管24之间设有密封圈2。
进一步地,滤波器安装底座21上设有穿心电容接线柱211,穿心电容接线柱211空心设计通向屏蔽腔20内,可并列设置多个,以供信号线穿过,信号线连接通讯电路。为了避免干扰信号从信号线传导进来,将信号线焊接在穿芯电容接线柱上并通过穿芯电容滤波器底座固定在超声波模组屏蔽腔20外壳上,这样能够最大程度地滤除传导信号。
进一步地,滤波器安装底座21采用螺丝固定在第一壳体22上。
进一步地,屏蔽腔20采用支架1安装在连接板14底部。
进一步地,第一壳体22和第二壳体23采用卡合连接,第一壳体22 沿边缘处设有凸起221,第二壳体23设有与凸起221相适配的凹槽,凸起221相应地卡入凹槽形成契合连接,同时,第一壳体22和第二壳体23 在连接处还设有螺丝拧紧加固。
进一步地,出气管24的一端为用于与燃气表的气道相连的连接端一,出气管24的另一端为用于与屏蔽腔20相连的连接端二。出气管24采用压铸一体结构,具有工艺简便的优势,提高了燃气表的精度。出气管24 的材料为ADC12铝合金且其表面氧化处理,且其表面氧化处理,具有尺寸稳定,保证尺寸稳定并保证了流通通道的尺寸不变,耐高温以及耐腐蚀性,提高了精度以及使用寿命。燃气表的气道的出气端设有与出气管接头12 相匹配的环形凹槽,在安装时,将密封圈2套入到环形凹槽内,再将出气管24的出气端插入到环形凹槽内,具有连接可靠、不易漏气且便于装配的优点。作为另一方案,连接端一的轴线与出气管24的轴线同轴设置,连接端二的轴线与出气管24的轴线同轴设置。
控制器位于屏蔽腔20内,用于控制信号接收、控制比较采集值和平均值以及计算得到燃气流量。控制器连接有阀门控制电路、超声波采样电路、时间检测电路和增益控制电路和通讯电路。超声波采样电路连接超声波传感器模组,用于采集检测周期内的燃气表计量数据。时间检测电路,用于对接收超声波信号进行处理。增益控制电路,用于判断干扰程度,计算干扰影响程度值。控制器通过通讯电路连接有服务器,服务器电连接监控终端。
进一步地,监控终端包括台式电脑、平板电脑、手机等等。
进一步地,控制阀13连接阀门控制电路。
进一步地,控制器还连接有存储器和显示器。
本申请的另一个方面,提供了一种超声波燃气表的抗电磁干扰方法,使用了上述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,包括以下步骤:
S1:在一个设定的检测周期内,每隔一个采集周期采集一个数据,记录一个检测周期采集的数据;
S2:设定比较平均值,判断记录的一个检测周期内的数据是否有超出平均值的二分之一的数据,若是,则认为外部存在电磁干扰,则将超声波传感器模组设置为快速采集模式,对该检测周期进行重采样,采样周期内增加采集数据;其中,采样周期小于检测周期;
S3:在快速采集模式下重新判断记录的采样数据是否符合要求,若仍旧受到干扰,计算干扰影响程度值,重复步骤S2,直至最后重采样的计量数据都消除干扰,超声波传感器模组进入普通模式。
进一步地,步骤S2中快速采集模式通过滤波算法,滤除干扰数值,只取符合要求的数值进入后续处理,同时计算干扰程度影响值。
进一步地,本申请防电磁干扰系统还包括存储器和处理器,处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现上述介绍的超声波燃气表防电磁干扰方法。
本申请的具体方法实施例:
本实施例中,设定检测周期为10s,采样周期为2s。参照图3,本发明的超声波燃气表计量数据防电磁干扰的方法整体流程如下:
步骤一,在一个检测周期内,记录该检测周期内的表具计量数据。使燃气表处于正常计量模式下,每间隔2s采样一次,在该检测周期内,总共记录了5个计量数据。
步骤二,判断该检测周期内是否存在电磁干扰,即电磁干扰是否对计量数据产生了影响。一个检测周期结束后,根据记录的5个计量数据进行与设定的平均值的对比,并判断:如果这5个比值数据中有1个或者1个以上的数据大于平均值的1/2,那么认为该检测周期内存在电磁干扰,并计算干扰影响程度值K,并执行步骤三;否则,认为该检测周期内不存在电磁干扰,表具正常运行、计量正常,进入下一个10s检测周期继续进行检测。
步骤三,根据上一步骤中计算得到的干扰影响程度值K评估电磁干扰计量数据的影响程度,根据该影响程度,确定超声波传感器模组进入快速采集模式,采样周期定为每2秒采集8次数据。
步骤四,根据步骤三确定的采集的数据量,对该检测周期的计量数据进行重采样,在快速采集模式下通过滤波算法,滤除干扰数值,只取正确数值进入后续处理,同时计算干扰程度影响值,并按照同步骤二相同的方法判断重采样的计量数据是否受到电磁干扰影响,并在确定受到影响的情况下重复执行步骤二~步骤四,直至确认最后重采样的计量数据不再受到电磁干扰的影响,表具退回到正常计量模式,并可以对下一检测周期进行检测以及处理。
整体来看,本发明不仅能够快速、准确地检测出燃气表运行过程中的电磁干扰,而且在检测到电磁干扰存在的情况下能够针对电磁干扰做出快速、准确、有效的处理。
本发明的具体实施原理是:装配时,先将超声波传感器模组安装于屏蔽腔20内,通过多颗螺丝锁紧形成密闭屏蔽腔20,信号线通过穿芯电容接线柱引出,隔绝了辐射以及传导干扰信号。另通过滤波算法,判断干扰程度,适时调整超声波传感器模组的采集模式,滤除异常信号,进一步提升了超声波燃气表的电磁防护能力。保障了超声波燃气表在各种复杂电磁环境下的计量精度。
综上所述,本申请具有以下有益效果:
1.本发明在发现存在电磁干扰的情况下,通过使用软件滤波算法,针对超声波传感器模组收到干扰信号后适时调整采集模式、并进行滤波,滤除同频干扰信号,有效地消除电磁干扰带来的误差,提高准确性,该方法无需将采样时间缩短,不会带来任何电流的额外消耗,使燃气表的功耗不会增加,能够保证电池的正常使用寿命,不会增加额外成本。
2.本发明通过对超声波传感器模组本体进行电磁防护屏蔽,降低了对燃气表外壳体的电磁防护要求,外壳体不需要焊接,不存在焊接部位易腐蚀隐患,更适合批量生产加工;
3.本发明所提供的方法使超声波燃气表在空气环境下校准后就能保证在天然气下的计量准确度要求,无需在天然气环境下进行校准,则避免天然气带来的危险。
4.本发明中信号线通过穿芯电容滤波器进行滤波,穿芯电容滤波器直接固定在屏蔽腔上,能够有效滤除外部信号线导入的干扰信号。
5.本方案通过将超声波燃气表的外壳和屏蔽腔的外壳设置为契合连接的屏蔽壳体,初步对外界的电磁波干扰进行隔离消减,契合结构连接的屏蔽壳体能够减少外界电磁波穿过上下壳体的连接缝隙对内部计量设备的干扰,提高计量精度,且在微小流量情况下,不会影响计量精度。
6.本发明通过软硬件结合的双层屏蔽防护,抗干扰性能更强,更能适合复杂电磁干扰的使用环境。
以上仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种超声波燃气表的抗电磁干扰系统,其特征在于,包括:
燃气表壳体,一侧并列设有表接头和出气管接口;
屏蔽腔,位于所述燃气表壳体内并通过出气管与所述出气管接口连通,所述屏蔽腔包括契合连接的第一壳体和第二壳体,所述第一壳体与第二壳体连接形成一个空腔,所述空腔内安装有超声波传感器模组;所述第一壳体上设有滤波器安装底座,穿心电容焊接到所述滤波器安装底座上;以及
控制器,位于所述屏蔽腔内,所述控制器连接有阀门控制电路、超声波采样电路、时间检测电路和增益控制电路和通讯电路,所述超声波采样电路连接所述超声波传感器模组,所述控制器通过通讯电路连接有服务器,所述服务器电连接监控终端。
2.根据权利要求1所述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,其特征在于,所述滤波器安装底座上设有穿心电容接线柱,所述穿心电容接线柱空心设计通向所述屏蔽腔内,以供信号线穿过,所述信号线连接通讯电路。
3.根据权利要求2所述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,其特征在于,所述滤波器安装底座采用螺丝固定在所述第一壳体上。
4.根据权利要求1所述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,其特征在于,所述燃气表壳体由金属上壳体和金属下壳体契合连接,所述金属上壳体和金属下壳体契合处附有壳体压合件。
5.根据权利要求1所述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,其特征在于,所述表接头一端连接燃气表,另一端连接有位于所述燃气表壳体内的控制阀,所述控制阀连接所述阀门控制电路。
6.根据权利要求1所述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,其特征在于,所述第一壳体和第二壳体采用卡合连接,所述第一壳体沿边缘处设有凸起,所述第二壳体设有与所述凸起相适配的凹槽,所述凸起相应地卡入所述凹槽形成契合连接,同时,所述第一壳体和第二壳体在连接处还设有螺丝拧紧加固。
7.根据权利要求1所述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,其特征在于,所述表接头与出气管接口设置在连接板上,所述连接板通过冲压铆接在所述燃气表壳体上。
8.根据权利要求7所述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,其特征在于,所述屏蔽腔采用支架安装在所述连接板底部。
9.一种超声波燃气表的抗电磁干扰方法,使用了权利要求1-8任一项所述的超声波燃气表的抗电磁干扰系统,其特征在于,包括以下步骤:
S1:在一个设定的检测周期内,每隔一个采集周期采集一个数据,记录一个检测周期采集的数据;
S2:设定比较平均值,判断记录的一个检测周期内的数据是否有超出所述平均值的二分之一的数据,若是,则认为外部存在电磁干扰,则将所述超声波传感器模组设置为快速采集模式,对该检测周期进行重采样,采样周期内增加采集数据;其中,采样周期小于检测周期;
S3:在快速采集模式下重新判断记录的采样数据是否符合要求,若仍旧受到干扰,计算干扰影响程度值,重复步骤S2,直至最后重采样的计量数据都消除干扰,所述超声波传感器模组进入普通模式。
10.根据权利要求9所述的超声波燃气表的抗电磁干扰方法,其特征在于,所述步骤S2中所述快速采集模式通过滤波算法,滤除干扰数据,只取符合要求的数据进入后续处理,同时计算所述干扰影响程度值。
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