CN212903371U - 一种基于频谱分析的涡街流量计电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于流量检测技术领域，具体的说是一种基于频谱分析的涡街流量计电路，包括信号收集模块、信号放大模块、信息处理模块和数据显示终端；所述信息采集模块用于通过压电传感器采集压力信号，并将压力信号转换为电信号；所述信号放大模块通过交换机与信息处理模块进行信息传输连接；所述信息处理模块通过无线收发装置与数据显示终端连接；本实用新型通过MCU单片机对涡街流量计的信号ADC采样，然后对采样数据进行快速傅里叶变换，从而得到流体信号的幅值特性与频率特性；滤除信号中的高频噪声与低频摆动噪声信号。
Description
技术领域
本实用新型属于流量检测技术领域，具体的说是一种基于频谱分析的涡街流量计电路。
背景技术
涡街流量计发展迅速，应用范围越来越广泛，涡街传感器和涡街信号频率提取技术是涡街流量计设计过程中的两个关键技术。涡街传感器涉及流体力学的知识，而我们更关注的是基于涡街信号频率提取技术的二次仪表的相关研究。
传统涡街信号提取的方法主要通过放大、滤波、整形、计数等四步来实现，前三部主要的工作由模拟硬件电路完成，计数由MCU实现。由这种涡街信号提取方法设计的系统的量程低，易受电磁和现场干扰。从传统的方法中可以归纳出涡街信号提取的技术要点有两个，分别是信号滤波和涡街信号频谱信息的获取。由于信号频谱分析方法研究相对较成熟，故在涡街信号提取中，诸如小波变换、现代谱分析、陷波滤波、FFT等信号分析方法都有学者研究过。相对于传统的方法，这些通过软件算法实现的频谱分析方法的频率分辨率都比传统的方法更高，但考虑到二次仪表的离线工作的实时性，这些方法在实际应用中却比较少。FFT能满足实时性的要求，但由于存在“栅栏效应”而往往会造成频谱泄露。
目前现有技术中涡街信号中高频噪声和与低频摆动噪声较多信号质量较差。
实用新型内容
为了弥补现有技术的不足，解决现有技术中涡街信号中高频噪声和与低频摆动噪声较多信号质量较差的问题，本实用新型提出的一种基于频谱分析的涡街流量计电路。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型所述的一种基于频谱分析的涡街流量计电路，包括信号收集模块、信号放大模块、信息处理模块和数据显示终端；所述信号收集模块用于通过压电传感器采集压力信号，并将压力信号转换为电信号；所述信号放大模块通过交换机与信息处理模块进行信息传输连接；所述信息处理模块通过无线收发装置与数据显示终端连接。
优选的，所述信号放大模块包括电荷放大单元和低通滤波单元；所述电荷放大单元接收并放大压电传感器的信号，所述低通滤波单元与信息处理模块连接。
优选的，所述信息处理模块包括程控放大单元、程控滤波单元和施密特触发单元和MCU处理单元；所述控放大单元通过程控放大器的RPGA放大技术使信号幅度保持在1000毫伏，使信号的幅值满足触发器的触发幅值要求，避免信号过放大导致信噪比降低；所述滤波单元根据频率特性MCU对程控滤波设置滤波通带。
优选的，所述低通滤波单元将通过低通滤波器之后的信号依次经过程控放大，程控滤波器后送入施密特触发器，整形为脉冲信号通过施密特触发单元送入MCU处理单元，得到该信号的频率信息，并转化为当前的瞬时量。
优选的，所述MCU处理单元通过MUC单片机对涡街流量计的信号ADC 采样，然后对采样数据进行快速傅里叶变换，从而得到流体信号的幅值特性与频率特性；根据幅值特性调整信号的放大倍数，使信号的幅值满足触发器的幅值条件；根据频率特性调整程控滤波器的通带中心频率，使信号带通之外频率按每十倍频40dB衰减，滤除信号中的高频噪声与低频摆动噪声信号。
优选的，所述MCU处理单元对程控放大单元输出信号进行ADC采样，采集256个数据点，对256个数据点进行FFT傅里叶变换得出信号成分的频率信息与幅值信息。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供一种基于频谱分析的涡街流量计电路，通过利用MCU 单片机对涡街流量计的信号ADC采样，然后对采样数据进行快速傅里叶变换，从而得到流体信号的幅值特性与频率特性；根据幅值特性调整信号的放大倍数，使信号的幅值满足触发器的幅值条件；根据频率特性调整程控滤波器的通带中心频率，使信号带通之外频率按每十倍频40dB衰减，滤除信号中的高频噪声与低频摆动噪声信号。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型中涡街流量计电路的电路结构；
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面给出具体实施例。
请参阅图1，本实用新型提供一种基于频谱分析的涡街流量计电路，包括信号收集模块、信号放大模块、信息处理模块和数据显示终端；所述信号收集模块用于通过压电传感器采集压力信号，并将压力信号转换为电信号；所述信号放大模块通过交换机与信息处理模块进行信息传输连接；所述信息处理模块通过无线收发装置与数据显示终端连接。
作为本实用新型的一种实施方式，所述信号放大模块包括电荷放大单元和低通滤波单元；所述电荷放大单元接收并放大压电传感器的信号，所述低通滤波单元与信息处理模块连接。
作为本实用新型的一种实施方式，所述信息处理模块包括程控放大单元、程控滤波单元和施密特触发单元和MCU处理单元；所述控放大单元通过程控放大器的RPGA放大技术使信号幅度保持在1000毫伏，使信号的幅值满足触发器的触发幅值要求，避免信号过放大导致信噪比降低；所述滤波单元根据频率特性MCU对程控滤波设置滤波通带。
作为本实用新型的一种实施方式，所述低通滤波单元将通过低通滤波器之后的信号依次经过程控放大，程控滤波器后送入施密特触发器，整形为脉冲信号通过施密特触发单元送入MCU处理单元，得到该信号的频率信息，并转化为当前的瞬时量。
作为本实用新型的一种实施方式，所述MCU处理单元通过MUC单片机对涡街流量计的信号ADC采样，然后对采样数据进行快速傅里叶变换，从而得到流体信号的幅值特性与频率特性；根据幅值特性调整信号的放大倍数，使信号的幅值满足触发器的幅值条件；根据频率特性调整程控滤波器的通带中心频率，使信号带通之外频率按每十倍频40dB衰减，滤除信号中的高频噪声与低频摆动噪声信号。
作为本实用新型的一种实施方式，所述MCU处理单元对程控放大单元输出信号进行ADC采样，采集256个数据点，对256个数据点进行FFT傅里叶变换得出信号成分的频率信息与幅值信息。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。
Claims (6)
1.一种基于频谱分析的涡街流量计电路，其特征在于：包括信号收集模块、信号放大模块、信息处理模块和数据显示终端；所述信号收集模块用于通过压电传感器采集压力信号，并将压力信号转换为电信号；所述信号放大模块通过交换机与信息处理模块进行信息传输连接；所述信息处理模块通过无线收发装置与数据显示终端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于频谱分析的涡街流量计电路，其特征在于：所述信号放大模块包括电荷放大单元和低通滤波单元；所述电荷放大单元接收并放大压电传感器的信号，所述低通滤波单元与信息处理模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于频谱分析的涡街流量计电路，其特征在于：所述信息处理模块包括程控放大单元、程控滤波单元和施密特触发单元和MCU处理单元；所述控放大单元通过程控放大器的RPGA放大技术使信号幅度保持在1000毫伏，使信号的幅值满足触发器的触发幅值要求，避免信号过放大导致信噪比降低；所述滤波单元根据频率特性MCU对程控滤波设置滤波通带。
4.根据权利要求3所述的一种基于频谱分析的涡街流量计电路，其特征在于：所述低通滤波单元将通过低通滤波器之后的信号依次经过程控放大，程控滤波器后送入施密特触发器，整形为脉冲信号通过施密特触发单元送入MCU处理单元，得到该信号的频率信息，并转化为当前的瞬时量。
5.根据权利要求4所述的一种基于频谱分析的涡街流量计电路，其特征在于：所述MCU处理单元通过MUC单片机对涡街流量计的信号ADC采样，然后对采样数据进行快速傅里叶变换，从而得到流体信号的幅值特性与频率特性；根据幅值特性调整信号的放大倍数，使信号的幅值满足触发器的幅值条件；根据频率特性调整程控滤波器的通带中心频率，使信号带通之外频率按每十倍频40dB衰减，滤除信号中的高频噪声与低频摆动噪声信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于频谱分析的涡街流量计电路，其特征在于：所述MCU处理单元对程控放大单元输出信号进行ADC采样，采集256个数据点，对256个数据点进行FFT傅里叶变换得出信号成分的频率信息与幅值信息。
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- 2020-08-21 CN CN202021764162.XU patent/CN212903371U/zh active Active
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