一种涡街流量计数字信号处理系统技术方案

本实用新型专利技术涉及涡街流量计，尤其涉及一种涡街流量计数字信号处理系统。其增大了涡街流量计的测量量程比、解决了高低流速阶段出现的“漏脉冲”现象。包括主控单元及压电传感器；所述压电传感器与程控电荷放大器的输入端相连，程控电荷放大器的输出端与程控窄带滤波器的输入端相连，程控窄带滤波器的输出端与程控放大器a的输入端相连，程控放大器a的输出端与程控放大器b的输入端相连，程控放大器b的输出端与程控触发器相连，程控触发器分别与主控单元及脉冲控制输出电路相连。及脉冲控制输出电路相连。及脉冲控制输出电路相连。

【技术实现步骤摘要】
一种涡街流量计数字信号处理系统


[0001]本技术涉及涡街流量计，尤其涉及一种涡街流量计数字信号处理系统。

技术介绍

[0002]涡街流量计是基于卡门涡街原理设计的一种流量仪表。旋涡的频率在一定的雷诺数范围内，同流体的流速成正比。据此，通过检测旋涡频率，并已知管道截面积，就可以得出流体的体积流量。
[0003]现有涡街流量计存在下限测量能力低、线性度差、抗电磁和振动干扰能力差、脉冲输出“漏脉冲”等问题。与传统的放大、滤波、整形、脉冲输出相比，采用FFT在信噪比较大时，可以提高涡街的测量性能。但当信噪比<1时，采用FFT将得到错误的测量结果。
[0004]所以，如何识别涡街有效信号至关重要，且急需高质量的涡街信号处理系统。

技术实现思路

[0005]本技术就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种涡街流量计数字信号处理系统。其采用如下技术方案，包括主控单元及压电传感器；其特征在于，所述压电传感器与程控电荷放大器的输入端相连，程控电荷放大器的输出端与程控窄带滤波器的输入端相连，程控窄带滤波器的输出端与程控放大器a的输入端相连，程控放大器a的输出端与程控放大器b的输入端相连，程控放大器b的输出端与程控触发器相连，程控触发器分别与主控单元及脉冲控制输出电路相连。
[0006]进一步地，所述程控电荷放大器的输出端还与程控高通滤波器的输入端相连，该程控高通滤波器的输出端与程控低通滤波器的输入端相连，程控低通滤波器的输出端与两级程控放大器的输入端相连，两级程控放大器的输出端与主控单元相连。
[0007]进一步地，所述主控单元分别与人机接口单元及WDT看门狗电路相连，所述人机接口单元包括LCM显示屏、按键、字库、存储器，通过字库可实现对中英文菜单的支持，存储器用于参数的存取。
[0008]进一步地，所述主控单元与用于电池与外供电切换的电源管理电路相连。
[0009]进一步地，所述主控单元与输出接口电路相连。
[0010]进一步地，所述主控单元采用ARM CORTEX M4F内核MCU，对压电传感器输出的信号进行放大、滤波、采样和数字信号处理，并通过幅频特性识别出涡街信号；再依次经过程控硬件窄带跟踪滤波器对涡街信号提纯，阈值自适应触发器转换成脉冲信号进行输出和测量。
[0011]进一步地，所述主控单元与温度传感器及压力传感器相连，该温度传感器及压力传感器通过16位ADC转换模块与主控单元相连。
[0012]与现有技术相比本技术有益效果。
[0013]本技术提供一种涡街流量计数字信号处理系统，其所识别的涡街有效信号经硬件程控窄带跟踪滤波器进行提纯。涡街信号的幅值是有较大波动的，根据提纯后的涡街
信号的实时幅值变化范围，设置硬件程控阈值自适应触发器的阈值，将涡街信号有效的转变为脉冲；实现了涡街信号的有效提取，达到抗电磁、振动等干扰的效果。增大了涡街流量计的测量量程比、解决了高低流速阶段出现的“漏脉冲”现象。
附图说明
[0014]下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步说明。本技术保护范围不仅局限于以下内容的表述。
[0015]图1是本技术信号处理框图。
[0016]图2是本技术信号处理流程示意图。
[0017]图3是本技术流量测量电路的电路图。
[0018]图3a
‑
3d是图3的局部放大图。
[0019]图4是本技术温度测量电路及压力测量电路的电路图。
[0020]图4a
‑
4c是图4的局部放大图。
[0021]图5是本技术MCU、人机接口、WDT电路的电路图。
[0022]图5a
‑
5e是图5的局部放大图。
具体实施方式
[0023]具体实施例一、如图1、2、3、4、5所示，本技术一种涡街流量计数字信号处理系统，包括与压电传感器依次连接的程控电荷放大器，程控高通滤波器、程控低通滤波器、两级程控放大器，程控窄带滤波器、程控放大器a、程控放大器b、程控触发器、脉冲控制输出电路和主控单元及温度传感器和压力传感器测量单元，所述主控单元的控制信号还分别与程控电荷放大器、程控高通滤波器、程控低通滤波器、两级程控放大器、程控窄带滤波器、程控放大器a、程控放大器b、程控触发器、脉冲控制输出电路相连。
[0024]该一种涡街流量计数字信号处理系统，采用幅频特性识别、跟踪滤波、阈值自适应、增益自适应技术，应用低功耗、高性能的ARM CORTEX M4F内核MCU，低功耗外围芯片，设计出的抗干扰涡街流量计数字信号处理系统。以实现涡街信号的有效提取，达到抗电磁、振动等干扰的效果。增大了涡街流量计的测量量程比、解决了高低流速阶段出现的“漏脉冲”现象。
[0025]从大量资料和长时间分析下得出的统计规律来看，噪声频率分布在整个涡街信号频率范围内，在涡街信号较高频率处，信号能量远大于噪声能量，在涡街信号较低频率处，信号和噪声能量接近，信号完全淹没于噪声之中。
[0026]信号幅值(A)、密度(ρ)和流速(v)满足关系式：
[0027]A
∝
ρv2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0028]可见，对于同一温度下的同一流体来说，其密度为一恒值，信号幅值和流速的平方成正比关系。
[0029]因此，我们可以将上面公式写成：
[0030]A＝Kρv2ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0031]其中：A：涡街信号幅值，K：自定义的系数，ρ：流体的密度，v：流体的流速。
[0032]再根据卡门涡街公式：
[0033]f＝S
t
v/d
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0034]其中：f：涡旋的频率，S
t
：斯特劳哈尔数，v：流体的流速，d：涡旋发生体的正面宽度。
[0035]将公式(3)带入公式(2)中可以得出：
[0036][0037]d＝0.28*D
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0038]整理得：A＝A
m
ρf2D2ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0039]其中：A：涡街信号幅值(V)，A
m
：定义的幅频系数，ρ：流体的密度(kg/m3)，f：涡旋的频率(Hz)，D：管道内径(m)。
[0040]综上可知，A
m
只与涡街表体的尺寸和压电传感器的特性有关，在任意一台涡街流量计中这两个参数可以视为常数。因此，在流量计生产的过程中对其进行标定，即可确定每台涡街流量计的幅频系数。所有的实验依据JJG 1029
‑
2007《涡街流量计》检定规程执行。在涡街流量计实际应用时，管径是已知的，密度可计算，A
m
已标定得出，选出信号频谱中符合幅频特性的频率为流量测量频率。
[0041]具体实施例二、本技术硬件电路分为：流量测量电路、温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡街流量计数字信号处理系统，包括主控单元及压电传感器；其特征在于，所述压电传感器与程控电荷放大器的输入端相连，程控电荷放大器的输出端与程控窄带滤波器的输入端相连，程控窄带滤波器的输出端与程控放大器a的输入端相连，程控放大器a的输出端与程控放大器b的输入端相连，程控放大器b的输出端与程控触发器相连，程控触发器分别与主控单元及脉冲控制输出电路相连；所述程控电荷放大器的输出端还与程控高通滤波器的输入端相连，该程控高通滤波器的输出端与程控低通滤波器的输入端相...

【专利技术属性】
技术研发人员：董庆，田正滨，胡锦超，尤俊青，刘立国，王树娇，刘志凯，李嵩，
申请(专利权)人：辽宁聚焦科技有限公司，
类型：新型
国别省市：