本发明专利技术公开了新型多线圈阵列的流量电磁测量装置及测量方法，包括电极、马鞍形线圈组、励磁系统、晶振电路、复位电路、前置放大电路、滤波电路、乘法电路、互相关检测电路、A/D转换电路、以及键盘、显示电路、D/A转换模块、存储模块、通信接口，选定马鞍形线圈作为电磁流量计励磁结构的基线圈；确定最优的马鞍形线圈角度以及最优的匝数；采用前置放大电路进行差动放大，采用双绞线传输流量信号，通过钢质磁屏蔽罩将干扰源与信号传输线进行有效的物理隔离；通过乘法器将励磁信号1/4周期的矩形波与波形信号相乘，获得仅包含平稳波段的流量信号，利用DSP相关算法，将处理后的流量信号与励磁信号6.25Hz的低频三值矩形波进行互相关操作。号6.25Hz的低频三值矩形波进行互相关操作。号6.25Hz的低频三值矩形波进行互相关操作。
【技术实现步骤摘要】
新型多线圈阵列的流量电磁测量装置及测量方法
[0001]本专利技术涉及一种非轴对称流流量电磁测量
，具体为新型多线圈阵列的流量电磁测量装置及测量方法。
技术介绍
[0002]电磁流量计由于其高效、便捷和精确的特点，成为工业和生活中不可或缺的流量测量仪表，其应用场景多种多样。电磁流量计的测量精度直接影响了工农业生产的正常运行，目前工业上应用较成熟的是传统电磁流量计，其传感器工作磁场为均匀磁场，其励磁结构多为单对亥姆霍兹线圈，然而单对线圈所产生的磁场均匀度始终受限，这将会在某种程度上限制电磁流量计的测量精度。并且该传统电磁流量计测量的对象主要为层流等轴对称流流型，若将磁场类型为均匀型磁场的电磁流量计用于非轴对称流流型流量测量，将产生较大的测量误差，且流体的轴对称性越差，所造成的测量误差越大。而在实际测量过程中，弯管、隔板等均会导致湍流、紊流等非轴对称流的产生，此时，传统利用均匀型磁场的电磁流量计已经不能满足测量需求。目前常用的非轴对称流流型测量主要是通过在测试前端将非轴对称流流型转化为轴对称流流型，进而利用均匀型磁场的电磁流量计进行流量测量。然而该种方式在实际应用当中进行非轴对称流流型测量存在较大的限制，主要表现于非轴对称流流型到轴对称流流型的转换过程，根据研究要实现较好效果的转换需要测量管前后直管段长度分别为10倍管径和5倍管径，该转换要求给传统电磁流量计用于非轴对称流流型流量测量带来很大的空间限制，在很多空间狭小或是大口径非轴对称流流型流量测量的实际情况当中完全不能满足。同时由于利用均匀型磁场制成的传统电磁流量计磁场的均匀程度对测量结果的精度有直接影响，而实际很难完全保证磁场的均匀程度，以上两个问题限制了传统均匀型电磁流量计非轴对称流流型流量测量的应用环境以及测量精度。因此如果能利用多线圈技术产生适合用于非轴对称流流型流量测量的磁场，并将其应用于电磁流量计中，即可直接对非轴对称流流型进行测量，并具有较高精度。
[0003]综上所述，将多线圈阵列技术应用于电磁流量计对于直接实现非轴对称流流型的高精度电磁测量具有重要意义。目前针对非轴对称流流型流量测量已经广泛引起学者的关注，但是利用传统均匀型磁场对非轴对称流流型流量测量还有一定缺陷。主要表现在：
[0004](1)均匀磁场型的传统电磁流量计对磁场的均匀程度与测量精度有直接的关系，因此需要高均匀度的磁场，目前磁场优化主要针对单线圈磁场优化，效果有限，从一定程度上限制了传统流量计的非轴对称流流型测量。
[0005](2)传统方式对非轴对称流流型测量对安装空间以及转换条件具有严格的要求，并且转换效果直接决定测量精度，若转换效果不达标将导致测量误差大。
[0006](3)针对非轴对称流流型直接测量的电磁流量测量装置及测量方法还存在一定程度的欠缺。
[0007]基于此，本专利技术设计了新型多线圈阵列的流量电磁测量装置及测量方法，以解决上述提到的问题。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于提供新型多线圈阵列的流量电磁测量装置及测量方法，以解决上述提到的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：新型多线圈阵列的流量电磁测量装置，包括电极、马鞍形线圈组、励磁系统、晶振电路、复位电路、前置放大电路、滤波电路、乘法电路、互相关检测电路、A/D转换电路、以及键盘、显示电路、D/A转换模块、存储模块、通信接口，所述马鞍形线圈组包括A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈，所述A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈固定于测量管外部，所述电极放置于测量管内，提供给A阵列励磁线圈提供和B阵列励磁线圈通以交流电，产生与非轴对称流流型的虚电流相匹配的非均匀磁场，所述电极输出的流量信号通过所述放大器、滤波装置处理后，利用乘法电路将输出波形进行处理，选择性的获取波形稳定波段，利用DSP相关算法，将励磁信号与处理后的波形信号进行相关处理。
[0010]优选的，所述A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈均由4个张角不同的马鞍形励磁线圈组成，中心线圈为张角为36deg，匝数为144匝的马鞍形线圈，第二层线圈为张角为72deg，匝数为132匝的马鞍形线圈，第三层线圈为张角为108deg，匝数为123匝的马鞍形线圈，最外层线圈为张角为144deg，匝数为108匝的马鞍形线圈，通过A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈构成所述励磁系统。
[0011]优选的，所述A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈对称分布于测量管的管壁两侧，所述测量管的外部设有阻止磁场向外发散的钢质屏蔽材料构成的磁屏蔽罩。
[0012]优选的，还包括旁路电容和去耦电容。
[0013]优选的，所述电极通过双绞线传输流量信号。
[0014]优选的，所述互相关检测电路采用互相关算法，将处理后的流量信号与励磁信号6.25Hz的低频三值矩形波进行互相关操作。
[0015]优选的，所述滤波电路采用算数平均滤波，每个半周期上的非零部分等间隔取样32个数据点，对取出的32个数据点进行算术平均运算，则一个周期的非零部分有64个采样点，通过两次算数平均运算，获得的两个值作为最终波形的波峰与波谷数据值，并以此波形计算出流量输出幅值，反演可得实际非轴对称流流型的流量数据。
[0016]优选的，所述的新型多线圈阵列的流量电磁测量装置的测量方法包括以下步骤：
[0017]S1：选定马鞍形线圈作为电磁流量计励磁结构的基线圈；
[0018]S2：确定最优的马鞍形线圈角度以及最优的匝数；
[0019]S3：采用前置放大电路进行差动放大，采用双绞线传输流量信号，通过钢质磁屏蔽罩将干扰源与信号传输线进行有效的物理隔离；
[0020]S4：通过乘法器将励磁信号1/4周期的矩形波与波形信号相乘，获得仅包含平稳波段的流量信号，利用DSP相关算法，将处理后的流量信号与励磁信号6.25Hz的低频三值矩形波进行互相关操作。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1.对比多种形状线圈所产生的非均匀磁场效果，选定基线圈为马鞍形线圈，并提出一种利用非均匀磁场直接测量非轴对称流流型流量测量方法，对现场实际的非轴对称流流型流量测量具有指导意义。
[0023]2.实现两组阵列线圈数量、尺寸、形状和电极张角的优化设计和布置，可直接进行非轴对称流流型流量测量并且提高测量精度。
[0024]3.在信号传输过程中采用双绞线传输并在电路中才有高输入阻抗电路并运用去耦电容有效降低噪声和系统纹波。选择每半个周期的最后部分磁场最稳定时的信号与励磁信号通过DSP进行相关处理，保证了对比信号与非轴对称流量信号的同频同相，省去了移相环节。可同时有效去除工频干扰、开关电源的的高频噪声以及如微分干扰、同相干扰、涡流干扰等跟励磁磁场有相关性的干扰，进一步提高检测精度。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.新型多线圈阵列的流量电磁测量装置，其特征在于：包括电极、马鞍形线圈组、励磁系统、晶振电路、复位电路、前置放大电路、滤波电路、乘法电路、互相关检测电路、A/D转换电路、以及键盘、显示电路、D/A转换模块、存储模块、通信接口，所述马鞍形线圈组包括A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈，所述A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈固定于测量管外部，所述电极放置于测量管内，提供给A阵列励磁线圈提供和B阵列励磁线圈通以交流电，产生与非轴对称流流型的虚电流相匹配的非均匀磁场，所述电极输出的流量信号通过所述放大器、滤波装置处理后，利用乘法电路将输出波形进行处理，选择性的获取波形稳定波段，利用DSP相关算法，将励磁信号与处理后的波形信号进行相关处理。2.根据权利要求1所述的新型多线圈阵列的流量电磁测量装置，其特征在于：所述A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈均由4个张角不同的马鞍形励磁线圈组成，中心线圈为张角为36deg，匝数为144匝的马鞍形线圈，第二层线圈为张角为72deg，匝数为132匝的马鞍形线圈，第三层线圈为张角为108deg，匝数为123匝的马鞍形线圈，最外层线圈为张角为144deg，匝数为108匝的马鞍形线圈，通过A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈构成所述励磁系统。3.根据权利要求1所述的新型多线圈阵列的流量电磁测量装置，其特征在于：所述A阵列励磁线圈和B阵列励磁线圈对称分布于测量管的管壁两侧，所述测量管的外部设有阻止磁场向外发散的钢质屏蔽材料构成的磁屏蔽罩。4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛亮，阳彩霞，叶正旺，肖小汀，胡泽，韦国晖，赖欣，李丹，陈俊先，白洋，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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