一种自适应数字式射频导纳物位仪制造技术

一种自适应数字式射频导纳物位仪,包括主控制器和自适应物位信号采集电路，自适应物位信号采集电路包括高频正弦波发生电路、物位测量电桥电路、过零采样电路、自适应斩波电路、信号选择电路、积分电路和信号放大电路；主控制器计算高频正弦波频率、适应频率并且输出斩波延时信号，能主动适应频率并根据频率输出斩波延时信号；并引入补偿延时参数，根据回传的物位信号，对补偿延时参数赋值，不断调整延时参数，微调～斩波积分范围，使得处理后的物位值与实际物位值达到精度范围，实现高精度的物位测量。本发明专利技术消除探杆上挂料对物位信号的影响，提高斩波延时积分的准确性，实现自适应谐振信号斩波，节省设备调试时的人力、物力成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应数字式射频导纳物位仪


[0001]本专利技术涉及工业物位测量
，具体涉及一种自适应数字式射频导纳物位仪。

技术介绍

[0002]在工业化生产过程中，物位测量是生产过程控制中的一个重要环节，物位仪表已经被广泛应用于工业生产测量当中。物位测量原理主要包括基于超声波式、电阻式、电容式等，而射频导纳技术由于消除了挂料对测量的影响，提高了物位测量精度，被更广泛的应用在工业领域中。
[0003]目前，已知的射频导纳物位仪通过高频正弦波发生电路输出正弦信号源，利用物位电桥测量测量待测物的导纳值，并根据传输线理论在相位斩波积分，从而获得真实物位值。但在实际的仪表生产过程中，高频正弦波发生电路受到电子元器件参数误差和工业高温等影响，高频正弦波信号将无法精确达到额定100KHz频率；为了实现抗挂料干扰，需要人工观察示波器，再根据示波器所示高频正弦波频率，调节电位器最终输出斩波延时信号。这种人工调节电位器的方法耗时耗力，效率较低；而且根据射频导纳原理获得的斩波积分区域，会因为挂料的长度、挂料的种类而产生偏移。在测量过程中按照斩波积分原始物位信号，最终获得的物位值也会存在误差，精度不高。
[0004]因此，现有的射频导纳物位仪，受各种因素影响，存在着发生正弦波信号频率不准确，需要人工手动调节电位器，消除抗挂料干扰不彻底等问题，总的来说适应性并不强，准确度不高。

技术实现思路

[0005]针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种自适应数字式射频导纳物位仪，实现了谐振信号斩波的自适应功能，避免了生产过程中高频正弦信号频率误差，导致测量不精确的问题；在选取积分区域时，不断调节补偿延时参数，调整斩波积分相位，增强消除挂料噪声效果，提升物位测量的准确度；除此以外，也避免了在生产使用过程中，需要根据谐振信号调整斩波延时时间的问题，主控制器输出的相位PWM斩波信号更准确。实现自适应频率的斩波积分，节省了人力、物力成本；能有效的解决上述问题。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种自适应数字式射频导纳物位仪，包括主控制器、自适应物位信号采集电路和电源稳压电路，所述的自适应物位信号采集电路包括高频正弦波发生电路、物位测量电桥电路、过零采样电路、自适应斩波电路、信号选择电路、积分电路和小信号放大电路；
[0008]所述主控制器外部的中断引脚与过零采样电路连接，获得高频正弦波信号的周期时间及过零时间点；AD输入引脚与AD信号采集电路连接，采集物位信号值；所述主控制器的PWM输出端连接信号选择电路，输出斩波延时信号作为信号选择电路的数字控制信号；所述主控制器的DA输出端和4
‑
20mA两线制电流环电路连接，输出DA信号，进行4
‑
20mA的电流转换；所述主控制器的外部中断引脚计时高频正弦波的周期时间，调整并输出斩波积分信号，最后再根据物位值，输出DA信号到4
‑
20mA电流环电路；
[0009]所述的主控制器计算高频正弦波频率、适应频率并且输出斩波延时信号，在的相位区域产生斩波方波，送入信号选择电路作为数字控制信号，物位信号被送入信号选择电路作为数据输入信号，对物位信号中挂料噪声部分斩波积分，消除挂料信号；能主动适应频率并根据频率输出斩波延时信号；并引入补偿延时参数，根据回传的物位信号，对补偿延时参数赋值，不断调整延时参数，微调斩波积分范围，使得处理后的物位值与实际物位值达到精度范围。
[0010]进一步的，所述的主控制器的外部中断引脚计时高频正弦波的周期时间，调整并输出斩波积分信号，最后再根据物位值，输出DA信号到4
‑
20mA电流环电路。实现了高频正弦波信号斩波、斩波积分区域上下限的补偿调整、斩波方波的信号输出，LCD的控制信号输出，物位信号的接收与处理，按键信号的接收处理以及DA信号4
‑
20mA的 V
‑
I变送。
[0011]所述的主控制器采用HT32F59041处理器，由电源降压整流电路供电、过零采样电路提供正弦信号和AD信号采集电路提供物位信号值，输出端连接信号选择电路和V
‑
I转换电路；所述的主控制器接收过零采样电路传输过来的高频正弦信号，外部中断采集正弦信号的周期时间。主所述的控制器在正弦波信号的相位区间，输出PWM 斩波积分信号到信号选择电路。
[0012]进一步的，所述的斩波积分区间是根据流过被测物位电容的电流和流过挂料粘附层的电流相位差计算的来，具体的计算公式为：
[0013]I
w
＝jωC
w
U
[0014][0015]根据射频导纳原理得：
[0016][0017]将R
g
带入I
g
式中可以得：
[0018]I
g
＝(1+j)ωC
g
U
[0019]式中，U为频率ω的激励电压，C
g
为物位的等效电容，I
w
为实际物位信号电流，I
g
为挂料粘附层流过电流，根据上式可以看出I
w
和I
g
存在的相位差，在输出信号ωt的
区间做积分即可消除挂料信号影响。
[0020]进一步的，所述的主控制器根据回传的物位数据，在设计上引入了相位区间补偿延时参数，可以对理论范围的相位区间进行微调，进一步消除挂料噪声干扰对实际物位信号的影响。主控制器实现斩波PWM信号输出、调整补偿延时参数的功能。
[0021]进一步的，所述的信号选择电路和主控制器的PWM输出端相连接，主控制器输出自适应高频正弦波频率输出的PWM信号。所述的 PWM信号为微调相位后的斩波积分信号，并作为开关信号送入双通道模拟开关TS5A2066，控制双通道开关输出双周期斩波信号，降低信噪比后送入积分电路，将转换后的正弦信号积分成与物位信号相关的电压值。
[0022]进一步的，所述的电源稳压电路部分，包括24V直流电压源、电源稳压电路和降压滤波电路；所述的电源稳压电路通过芯片XTR115 将24V直流电压源稳压后，再经过整流滤波电路，输出2.5V电压，供主控制器HT32F59041的24位AD芯片供电；所述的降压滤波电路通过XC6206稳压芯片后，再经过整流滤波，进一步将5V稳压源降至 3.3V大小，为主控制器HT32F59041和双通道开关等供电。
[0023]进一步的，所述的高频正弦波发生电路产生频率在100KHz左右的高频正弦激励信号，分两路输出，一路送到物位电桥测量电路，另一路送到过零采样电路，高频正弦波发生电路产生的高频正弦波信号。还原了在实际生产过程中高频正弦波发生电路产生的正弦波的频率不精确的现状。
[0024]进一步的，所述的高频正弦波发生电路与物位电桥测量电路相连接，电路上设计了隔离变压器T01，避免测量电路所受的干扰对前面振荡级以及后面放大级的干扰。变压器T01的输入端V+为所述的 100KH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应数字式射频导纳物位仪，包括主控制器、自适应物位信号采集电路和电源稳压电路，其特征在于：所述的自适应物位信号采集电路包括高频正弦波发生电路、物位测量电桥电路、过零采样电路、自适应斩波电路、信号选择电路、积分电路和小信号放大电路；所述主控制器外部的中断引脚与过零采样电路连接，获得高频正弦波信号的周期时间及过零时间点；AD输入引脚与AD信号采集电路连接，采集物位信号值；所述主控制器的PWM输出端连接信号选择电路，输出斩波延时信号作为信号选择电路的数字控制信号；所述主控制器的DA输出端和4
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20mA两线制电流环电路连接，输出DA信号，进行4
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20mA的电流转换；所述主控制器的外部中断引脚计时高频正弦波的周期时间，调整并输出斩波积分信号，最后再根据物位值，输出DA信号到4
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20mA电流环电路；所述的主控制器计算高频正弦波频率、适应频率并且输出斩波延时信号，在的相位区域产生斩波方波，送入信号选择电路作为数字控制信号，物位信号被送入信号选择电路作为数据输入信号，对物位信号中挂料噪声部分斩波积分，消除挂料信号；能主动适应频率并根据频率输出斩波延时信号；并引入补偿延时参数，根据回传的物位信号，对补偿延时参数赋值，不断调整延时参数，微调斩波积分范围，使得处理后的物位值与实际物位值达到精度范围。2.根据权利要求1所述的一种自适应数字式射频导纳物位仪，其特征在于：所述的斩波积分区间是根据流过被测物位电容的电流和流过挂料粘附层的电流相位差计算的来，具体的计算公式为：I
w
＝jωC
w
U根据射频导纳原理得：将R
g
带入I
g
式中可以得：I
g
＝(1+j)ωC
g
U式中，U为频率ω的激励电压，C
g
为物位的等效电容，I
w
为实际物位信号电流，I
g
为挂料粘附层流过电流，根据上式可以看出I
w
和I
g
存在的相位差，在输出信号ωt的区间做积分即可消除挂料信号影响。3.根据权利要求1或2所述的一种自适应数字式射频导纳物位仪，其特征在于：所述的斩波积分区间信号作为开关信号送入双通道模拟开关，控制双通道开关输出双周期斩波信号，降低信噪比后送入积分电路，将转换后的正弦信号积分成与物位信号相关的电压值。
4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘虎，陈明照，赵俊杰，路璐，李烨，吴俊，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：