涡轮流量计及其测量测定方法、涡轮流量监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种涡轮流量计及其测量测定方法、涡轮流量监测系统，所述涡轮流量计包括钐钴磁钢，组装于所述涡轮轴上；磁位移传感器，组装于所述涡轮管道上，且对应于所述钐钴磁钢所在位置；信号调理器，信号连接至所述磁位移传感器；微处理器，所述信号调理器信号连接至所述微处理器；柔性化接口模块，每一所述柔性化接口模块信号连接至所述微处理器。本发明专利技术，采用了高精度、高灵敏度的AMR元件取代原有的电磁感应线圈，利用AMR元件的特性，并结合后续的信号调理电路的集成化模块化设计，使得涡轮流量计具有更高精度、高稳定性、更低的功耗，相比传统的传感器±2％左右的误差，能够提高到±1％以内。

Turbine Flowmeter and Its Measuring Method, Turbine Flow Monitoring System

The invention discloses a turbine flowmeter and its measuring method, and a turbine flow monitoring system. The turbine flowmeter includes samarium cobalt magnet steel, which is assembled on the turbine shaft; a magnetic displacement sensor, which is assembled on the turbine pipe and corresponds to the location of the samarium cobalt magnet steel; a signal conditioner, which is connected to the magnetic displacement sensor, and a microprocessor. The signal of the signal conditioner is connected to the microprocessor; the flexible interface module, each of which is connected to the microprocessor. In the present invention, the high precision and high sensitivity AMR element is used to replace the original electromagnetic induction coil, the characteristics of AMR element and the integrated modular design of subsequent signal conditioning circuit make the turbine flowmeter have higher accuracy, higher stability and lower power consumption, and the error can be increased to within (+1%) compared with the traditional sensor (+2%).

【技术实现步骤摘要】
涡轮流量计及其测量测定方法、涡轮流量监测系统
本专利技术涉及涡轮流量监测等领域，具体为一种涡轮流量计及其测量测定方法、涡轮流量监测系统。
技术介绍
涡轮流量计是采用先进的超低功耗单片微机技术研制的涡轮流量传感器与显示积算一体化的新型智能仪表，具有机构紧凑、读数直观清晰、可靠性高、不受外界电源干扰、抗雷击、成本低等明显优点。使用时，先将流速转换为涡轮的转速，再将转速转换成与流量成正比的电信号。这种流量计用于检测瞬时流量和总的积算流量，其输出信号为频率，易于数字化。图中感应线圈和永久磁铁一起固定在壳体上。当铁磁性涡轮叶片经过磁铁时，磁路的磁阻发生变化，从而产生感应信号。信号经放大器放大和整形，送到计数器或频率计，显示总的积算流量。同时将脉冲频率经过频率－电压转换以指示瞬时流量。叶轮的转速正比于流量，叶轮的转数正比于流过的总量。涡轮流量计的输出是频率调制式信号，不仅提高了检测电路的抗干扰性，而且简化了流量检测系统。目前，涡轮流量计存在一些缺陷，如灵敏度不佳，而且一般涡轮流量计只是单独使用，不能与其他外接设备连接，功能单一。在使用时，其算法简单，流量检测的实时性能和稳定性能较差，在涡轮的停止阶段，由于涡轮的骤停，频率快速下降。计数器还在等待下一个脉冲周期，会出现涡轮停止后频率不能归零的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种涡轮流量计及其测量测定方法、涡轮流量监测系统，以解决现有的涡轮流量计的灵敏度不佳，而且一般涡轮流量计只是单独使用，不能与其他外接设备连接，功能单一，且在使用时，其算法简单，流量检测的实时性能和稳定性能较差等问题。实现上述目的的技术方案是：提供一种涡轮流量计，安装于涡轮管道上，所述涡轮管道具有涡轮轴和安装在所述涡轮轴上的涡轮叶片，所述涡轮流量计包括钐钴磁钢，组装于所述涡轮轴上；磁位移传感器，组装于所述涡轮管道上，且对应于所述钐钴磁钢所在位置；信号调理器，信号连接至所述磁位移传感器；微处理器，所述信号调理器信号连接至所述微处理器；柔性化接口模块，每一所述柔性化接口模块信号连接至所述微处理器。在本专利技术一实施例中，所述柔性化接口模块包括有线接口以及无线通讯模块，所述有线接口包括电流输出接口、脉冲输入接口、脉冲输出接口、RS485总线接口、CAN总线接口、显示屏连接接口、键盘连接接口中的至少一种；所述无线通讯模块包括ZigBee模块。在本专利技术一实施例中，所述信号调理器包括差分放大电路，其信号输入端连接至所述磁位移传感器的信号输出端，用以获取所述磁位移传感器传递至的差分信号的正弦波信号，并放大所述正弦波信号；电压比较电路，其信号输入端连接至所述差分放大电路的信号输出端，用以将放大后的所述正弦波信号整形为方波信号；滤波电路，其信号输入端连接至所述电压比较电路的信号输出端，其信号输出端连接至所述微处理器的对应信号端，用以对所述方波信号进行二阶低通滤波。在本专利技术一实施例中，所述微处理器包括定时检测单元，其信号输入端连接至所述滤波电路的信号输出端，用以周期性检测所述滤波电路的发出的脉冲式方波信号；处理单元，其信号输入端连接至所述定时检测单元的信号输出端，用以计算脉冲中两个上升沿波形之间的周期时间，并根据两个所述上升沿波形之间的周期时间求得其所对应的脉冲的频率；以及用以计算若干个脉冲的平均周期时间和平均频率。在本专利技术一实施例中，所述处理单元还用以定义平均周期时间所用的脉冲数为Z；在涡轮启动阶段，从第一次脉冲开始计数，当脉冲数不满足平均周期时间所用的脉冲数，则在第Z次脉冲之前，采用所测的当前脉冲的频率作为涡轮的转动频率；当脉冲数平均周期时间所用的脉冲数，则采用与当前脉冲最近的Z个脉冲的平均频率作为涡轮的转动频率；所述处理单元还用以定义检测到一个脉冲之后溢出次数N；在涡轮停止阶段，检测到一次脉冲后，记录在该脉冲之后溢出的次数，当溢出的次数超过N，且未再次检测到下一脉冲，则认定最后一次所检测到的脉冲所对应的频率为零。一种涡轮流量计的流量测定方法，包括以下步骤：装配所述的涡轮流量计；实时获取涡轮叶片转动时所产生的电磁信号；处理所述电磁信号并根据该电磁信号计算涡轮流量。在本专利技术一实施例中，在处理所述电磁信号步骤中，包括获取所述磁位移传感器传递至的差分信号的正弦波信号，并放大所述正弦波信号；对所述方波信号进行二阶低通滤波。在本专利技术一实施例中，在计算涡轮流量步骤中，包括定义平均周期时间所用的脉冲数为Z；在涡轮启动阶段，从第一次脉冲开始计数，当脉冲数不满足平均周期时间所用的脉冲数，则在第Z次脉冲之前，采用所测的当前脉冲的频率作为涡轮的转动频率，根据涡轮的转动频率计算涡轮的实时流量和累计流量；当脉冲数平均周期时间所用的脉冲数，则采用与当前脉冲最近的Z个脉冲的平均频率作为涡轮的转动频率，根据涡轮的转动频率计算涡轮的实时流量和累计流量。在本专利技术一实施例中，所述的涡轮流量计的流量测定方法，在计算涡轮流量步骤中，还包括定义检测到一个脉冲之后溢出次数N；在涡轮停止阶段，检测到一次脉冲后，记录在该脉冲之后溢出的次数，当溢出的次数超过N，且未再次检测到下一脉冲，则认定最后一次所检测到的脉冲所对应的频率为零，则中断检测。本专利技术还提供了一种涡轮流量监测系统，包括测量节点，每一所述测量节点具有如权利要求1所述的涡轮流量计；以及协调器，信号连接至所述涡轮流量计；远程终端，连接至所述协调器。本专利技术的优点是：本专利技术的涡轮流量计及其测量测定方法，采用了高精度、高灵敏度的AMR元件取代原有的电磁感应线圈，利用AMR元件的特性，并结合后续的信号调理电路的集成化模块化设计，使得涡轮流量计具有更高精度、高稳定性、更低的功耗，相比传统的传感器±2％左右的误差，能够提高到±1％以内；通过涡轮流量计的微处理器实现测频算法的优化，解决频率测量中实时性与稳定性之间的矛盾。对涡轮启动和停止阶段进行针对性优化，使得流量计测量精度、稳定性大幅提升，确保其长期稳定、精准的状态感知；突破传统的传感器单一接口的限制，通过柔性化的多种有线/无线标准工业接口模块的开发，实现流量传感器的高适应性及高可用性；本专利技术的涡轮流量监测系统，结合了智能制造、工业互联网的特性，开发了流量传感器的自动识别、组网等物联网应用功能，方便在智能制造中大量感知设备的配置及部署。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步解释。图1是本专利技术实施例的涡轮流量计的总体框架图。图2是本专利技术实施例的涡轮流量计安装结构图。图3是本专利技术实施例的差分放大电路图。图4是本专利技术实施例的电压比较电路图。图5是本专利技术实施例的方波波形图，主要体现涡轮在第4脉冲和第5脉冲时段的平均频率测算过程。图6为本专利技术实施例的定时检测单元是否中断信号输入捕获的流程图。图7为本专利技术实施例的部分模块结构图，主要体现柔性化接口模块框架结构。图8为本专利技术实施例的涡轮流量监测系统结构图。图9为本专利技术实施例的协调器的数据收发步骤流程图。图10为本专利技术实施例的测量节点中涡轮流量计的数据收发流程图。其中，100测量节点；200协调器；300远程终端；400涡轮流量计；500涡轮管道；600涡轮轴；700涡轮叶片；800阀塞；410钐钴磁钢；420磁位移传感器；430信号调理器；440微处理器；450柔性化接口模块；431差分放大电路；432电压比较电路；4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮流量计，安装于涡轮管道上，所述涡轮管道具有涡轮轴和安装在所述涡轮轴上的涡轮叶片，其特征在于，所述涡轮流量计包括钐钴磁钢，组装于所述涡轮轴上；磁位移传感器，组装于所述涡轮管道上，且对应于所述钐钴磁钢所在位置；信号调理器，信号连接至所述磁位移传感器；微处理器，所述信号调理器信号连接至所述微处理器；柔性化接口模块，每一所述柔性化接口模块信号连接至所述微处理器。

【技术特征摘要】
1.一种涡轮流量计，安装于涡轮管道上，所述涡轮管道具有涡轮轴和安装在所述涡轮轴上的涡轮叶片，其特征在于，所述涡轮流量计包括钐钴磁钢，组装于所述涡轮轴上；磁位移传感器，组装于所述涡轮管道上，且对应于所述钐钴磁钢所在位置；信号调理器，信号连接至所述磁位移传感器；微处理器，所述信号调理器信号连接至所述微处理器；柔性化接口模块，每一所述柔性化接口模块信号连接至所述微处理器。2.根据权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于，所述柔性化接口模块包括有线接口以及无线通讯模块，所述有线接口包括电流输出接口、脉冲输入接口、脉冲输出接口、RS485总线接口、CAN总线接口、显示屏连接接口、键盘连接接口中的至少一种；所述无线通讯模块包括ZigBee模块。3.根据权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于，所述信号调理器包括差分放大电路，其信号输入端连接至所述磁位移传感器的信号输出端，用以获取所述磁位移传感器传递至的差分信号的正弦波信号，并放大所述正弦波信号；电压比较电路，其信号输入端连接至所述差分放大电路的信号输出端，用以将放大后的所述正弦波信号整形为方波信号；滤波电路，其信号输入端连接至所述电压比较电路的信号输出端，其信号输出端连接至所述微处理器的对应信号端，用以对所述方波信号进行二阶低通滤波。4.根据权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于，所述微处理器包括定时检测单元，其信号输入端连接至所述滤波电路的信号输出端，用以周期性检测所述滤波电路的发出的脉冲式方波信号；处理单元，其信号输入端连接至所述定时检测单元的信号输出端，用以计算脉冲中两个上升沿波形之间的周期时间，并根据两个所述上升沿波形之间的周期时间求得其所对应的脉冲的频率；以及用以计算若干个脉冲的平均周期时间和平均频率。5.根据权利要求4所述的涡轮流量计，其特征在于，所述处理单元还用以定义平均周期时间所用的脉冲数为Z；在涡轮启动阶段，从第一次脉冲开始计数，当脉冲数不满足平均周期时间所用的脉冲数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：易建军，何旺，郑文龙，闵锦阳，陈斌，马岳，
申请(专利权)人：华东理工大学，上海新跃联汇电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31