基于数字锁相技术的差分涡轮流量传感器及其检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，用于对管体内的流量进行测量，所述管体内安装有叶轮，其包括安装于管体外壁的外壳，所述外壳包括金属部和非金属部；所述金属部与所述非金属部之间设有连接通孔；所述金属部内设有检测电路板，所述非金属部内设有差分传感器；所述检测电路板包括谐振电路模块、两信号接收模块和一数字信号处理模块。本发明专利技术还公开了一种基于数字锁相技术的涡轮流量检测方法。采用本发明专利技术，具有测量涡轮流量的精度更高、误差更低的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于涡轮流量传感器
，具体涉及一种基于数字锁相技术的差分涡轮流量传感器。
技术介绍
涡轮流量传感器，是一种对液体流量进行测量的仪器。相比于普通的流量传感器，涡轮流量传感器具有机构紧凑、读数直观清晰、可靠性高、抗雷击、成本较低等较为明显的优点。因此在一些特殊部门也得到了非常广泛应用，例如进行科研实验、国防科技方面、计量部门等。涡轮流量传感器的工作原理为：首先将液体的流速作用于叶轮并转换为涡轮的转速，再将涡轮的转速转换成与液体流量成正比的电信号频率。其实际作用是检测瞬时的流量和累计的总流量，其输出的信号一般为方波，或者该方波对应的频率。主体部分基本上都采用模拟电路，较少包含数字信号处理的芯片。但是，随着现代化社会的发展加速，工农业生产的不断进步，以及在医药、生物等领域上对数据的精确度的要求越来越严格，现时的涡轮流量传感器因为容易受到外界干扰，因此其检测的精度已越来越满足不了现时科学技术的需求。因此，一种具有更高的精度，和更低的测量误差的涡轮流量传感器是现时社会所急切需要的。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的第一目的提供一种基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，具有测量涡轮流量的精度更高、误差更低的特点。为实现上述目的，本专利技术按以下技术方案予以实现的：本专利技术所述基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，用于对管体内的流量进行测量，所述管体内安装有叶轮，所述涡轮流量传感器包括安装于管体外壁的外壳，所述外壳包括金属部和非金属部；所述金属部与所述非金属部之间设有连接通孔；所述金属部内设有检测电路板，所述非金属部内设有差分传感器；所述检测电路板包括：一谐振电路模块，用于产生高频正弦谐振电信号；两信号接收模块，用于接收差分传感器发送的电信号以及高频正弦谐振电信号，并且进行滤波、放大后转换为数字信号；和一数字信号处理模块，用于接收所述数字信号，并且对所述数字信号进行相敏检测、频率和流量计算；所述谐振电路模块的输出端与所述差分传感器的输入端连接；所述差分传感器的输出端各与一个所述信号接收模块的输入端连接；所述两个信号接收模块的输出端与所述数字信号处理模块的输入端连接；所述叶轮转动过程中，对应通过差分传感器采集到同频、相位不同的两路低频正弦信号，所述两路低频正弦信号同所述谐振电路模块产生的高频正弦谐振电信号一起分别发送至信号接收模块，所述信号接收模块对所述电信号进行滤波、放大处理后，转换为数字信号发送至所述数字信号处理模块，所述数字信号处理模块将该数字信号进行相敏检测、频率和流量计算，得出流经管体的液体总流量。进一步地，所述差分传感器内设有至少两个并排的感应电感。进一步地，所述信号接收模块包括滤波电路、运算放大电路和模数转换电路；所述滤波电路的输出端与所述运算放大电路的输入端连接；所述运算放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端连接。进一步地，所述数字信号处理模块包括两个正弦信号输入端、频率计算单元、移相单元、相敏检测单元和流量计算单元；所述一个正弦信号输入端与相敏检测单元的一个输入端连接，所述另一个正弦信号输入端与所述频率计算单元的输入端连接；所述频率计算单元的输出端与所述移相单元的输入端连接；所述移相单元的输出端与所述相敏检测单元的另一个输入端连接；所述相敏检测单元的输出端与所述流量计算单元连接。进一步地，所述金属部采用不锈钢材质；所述非金属部采用耐高温、耐腐蚀的材质。进一步地，所述叶轮为金属非磁体。为了解决上述问题，本专利技术的第二目的提供一种基于数字锁相技术的涡轮流量检测方法，具有测量精度更高、误差更低的特点。为实现上述目的，本专利技术按以下技术方案予以实现的：本专利技术所述基于数字锁相技术的涡轮流量检测方法，包括如下步骤：获取高频正弦谐振电信号；将所述高频正弦谐振电信号转换为磁场信号；所述磁场信号穿过由管体内液体流动带动的叶轮，产生低频磁场；所述低频磁场穿过差分传感器，转换为至少两个相位不同的低频正弦信号；所述高频正弦谐振电信号与所述低频正弦信号一起经过信号处理后，所述高频正弦谐振电信号被滤除，所述低频正弦信号经过滤波、放大，转换为数字信号；所述数字信号经过频率计算、移相计算、相敏检测和计算，得出流经管体的液体的总流量。进一步地，所述数字信号经过频率计算、移相计算、相敏检测和计算，得出流经管体的液体的总流量的步骤具体是：首先将一路数字信号经过频率计算，得到该数字信号的频率，然后在将该数字信号进行1/4周期的移相得到移相信号；将移相信号和另一路数字信号进行相敏检测，得出两路数字信号之间的相位差；根据两路数字信号的频率计算出叶轮经过差分传感器中感应电感的时间差，公式具体为：通过时间差，计算得到叶轮的转速v，然后计算出流经管体的液体的总流量。进一步地，通过时间差，计算总流量的具体步骤如下：计算叶轮的转速v＝d/τ，其中d为两个感应电感间的以叶轮53中心为圆心的弧形距离；计算两次采得叶轮的转速v的数据之间具有时间差t；流经管体的液体的流速为V/t；利用同一液体，液体的流速V/t与叶轮的流速v呈线性关系，具体为V/t＝αv，其中α为线性关系的系数；液体的总流量即为每一次转速v通过该时间差的积分，具体公式如下：V＝α[v1×(t1-t0)+v2×(t2-t1)+…+vn×(tn-tn-1)]。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的基于数字锁相技术的差分涡轮流量传感器，采用差分传感器实现相位差采样，以及数字锁相技术来准确计算相位差，代替了传统的直接输出方波或频率的涡轮流量传感器，摆脱了涡轮流量传感器因传感器容易受外界干扰的问题，从而反馈频率不准确而导致的测量精度低、误差较大的限制。本专利技术使用相位差测量，测量使用的方法不同于传统的涡轮流量传感器，使其能避免涡轮流量传感器的缺陷，从而大大提高了测量精度与减少测量误差。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：图1是本专利技术所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器的结构示意框图；图2是本专利技术所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器中信号接收模块的结构示意框图；图3是本专利技术所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器中数字信号处理模块的结构示意框图；图4是本专利技术所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器中相敏检测单元的处理示意图；图5是本专利技术所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器与管体连接的剖面示意图；图6是本专利技术所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器安装于管体的剖面示意图；图7是本专利技术所述的基于数字锁相技术的涡轮流量检测方法的流程图。图中：1：差分传感器 11：感应电感2：检测电路板 21：谐振电路模块22：信号接收模块221：滤波电路 222：运算放大电路 223：模数转换电路23：数字信号处理模块231：正弦信号输入端 232：频率计算单元 233：移相单元234：相敏检测单元 235：流量计算单元3：外壳31：金属部 32：非金属部 33：连接通孔4：管体 5：叶轮 6：凹槽具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1～图6所示，本专利技术所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，用于对管体4内的流量进行测量，所述管体4内设有叶轮5。具体来讲，所述基于数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，用于对管体内的流量进行测量，所述管体内安装有叶轮，所述涡轮流量传感器包括安装于管体外壁的外壳，其特征在于：所述外壳包括金属部和非金属部；所述金属部与所述非金属部之间设有连接通孔；所述金属部内设有检测电路板，所述非金属部内设有差分传感器；所述检测电路板包括：一谐振电路模块，用于产生高频正弦谐振电信号；两信号接收模块，用于接收差分传感器发送的电信号以及高频正弦谐振电信号，并且进行滤波、放大后转换为数字信号；和一数字信号处理模块，用于接收所述数字信号，并且对所述数字信号进行相敏检测、频率和流量计算；所述谐振电路模块的输出端与所述差分传感器的输入端连接；所述差分传感器的输出端各与一个所述信号接收模块的输入端连接；所述两个信号接收模块的输出端与所述数字信号处理模块的输入端连接；所述叶轮转动过程中，对应通过差分传感器采集到同频、相位不同的两路低频正弦信号，所述两路低频正弦信号同所述谐振电路模块产生的高频正弦谐振电信号一起分别发送至信号接收模块，所述信号接收模块对所述电信号进行滤波、放大处理后，转换为数字信号发送至所述数字信号处理模块，所述数字信号处理模块将该数字信号进行相敏检测、频率和流量计算，得出流经管体的液体总流量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，用于对管体内的流量进行测量，所述管体内安装有叶轮，所述涡轮流量传感器包括安装于管体外壁的外壳，其特征在于：所述外壳包括金属部和非金属部；所述金属部与所述非金属部之间设有连接通孔；所述金属部内设有检测电路板，所述非金属部内设有差分传感器；所述检测电路板包括：一谐振电路模块，用于产生高频正弦谐振电信号；两信号接收模块，用于接收差分传感器发送的电信号以及高频正弦谐振电信号，并且进行滤波、放大后转换为数字信号；和一数字信号处理模块，用于接收所述数字信号，并且对所述数字信号进行相敏检测、频率和流量计算；所述谐振电路模块的输出端与所述差分传感器的输入端连接；所述差分传感器的输出端各与一个所述信号接收模块的输入端连接；所述两个信号接收模块的输出端与所述数字信号处理模块的输入端连接；所述叶轮转动过程中，对应通过差分传感器采集到同频、相位不同的两路低频正弦信号，所述两路低频正弦信号同所述谐振电路模块产生的高频正弦谐振电信号一起分别发送至信号接收模块，所述信号接收模块对所述电信号进行滤波、放大处理后，转换为数字信号发送至所述数字信号处理模块，所述数字信号处理模块将该数字信号进行相敏检测、频率和流量计算，得出流经管体的液体总流量。2.根据权利要求1所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，其特征在于：所述差分传感器内设有至少两个并排的感应电感。3.根据权利要求2所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，其特征在于：所述感应电感排列于所述叶轮的周向上。4.根据权利要求1所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，其特征在于：所述信号接收模块包括滤波电路、运算放大电路和模数转换电路；所述滤波电路的输出端与所述运算放大电路的输入端连接；所述运算放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端连接。5.根据权利要求1所述的基于数字锁相技术的涡轮流量传感器，其特征在于：所述数字信号处理模块包括两个正弦信号输入端、频率计算单元、移相单元、相敏检测单元和流量计算单元；所述一个正弦信号输入端与相敏检测单元的一个输入端连接，所述另一个正弦信号输入端与所述频率计算单元的输入端连接；所述频率计算单元的输出端与所述移相单元的输入端连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王自鑫，伍世儒，陈弟虎，粟涛，方俊伟，郑司琪，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44