基于相关放大技术的射流流量计微弱信号提取系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于相关放大技术的射流流量计微弱信号提取系统及方法，它采用相关放大技术作为射流流量计的信号处理方式，通过在测量管中安装一个阻流件，阻流件的前侧和后侧分别安装第一电极、第三电极和第二电极，在测量管上面安装一个Ｕ型励磁结构，将其与励磁驱动电路连接可进行励磁控制，第二电极通过导线连接到相关放大电路的地端，第一电极、第三电极连接到相关放大电路的差分放大输入端，相关放大电路的输出端分别与ＡＤ转换电路、单片机电路相连，ＡＤ转换电路接到单片机电路。单片机电路还提供ＬＣＤ显示等功能。这种方法使射流流量计有下限低、量程宽、精度高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射流流量计的信号检测领域，尤其涉及一种基于相关放大技术 的射流流量计微弱信号提取系统及方法
技术介绍
当前随着能源和水资源的全球性匮乏，国家南水北调工程等重点工程的启 动，全社会对水计量的要求越来越高。机械水表以其结构简单价格低等优点在 国内外得到了广泛的应用，而机械水表存在传动阻力、机械活动部件造成其精 度较低故障率较高。而射流流量计几乎没有压损，无机械可动部件，可靠性高， 同时射流流量计测量下限低，但在低流速时信号很容易受到外界干扰。现有的射流流量计一般采用差分放大技术来提取信号，采用这种方法的优点是微弱信号放大能力强；缺点是在空气中时容易将工频信号放大出来，容易 造成流量误计量。而采用相关放大技术的射流流量计有比差分放大技术更好的 信号放大性能，下限性能更加良好，放在空气中时也能抑制工频噪声干扰防止 误计量。
技术实现思路
本专利技术针对现有的流量检测技术的不足，提供一种基于相关放大技术的射 流流量计微弱信号提取系统及方法，使射流流量计具有下限低、计量准确、量 程宽等特点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种基于相关放大技术的射流流量计微弱信号提取系统，它包括射流基表、 流量检测电路和U型励磁结构。所述射流基表包括第一电极、第二电极、第三 电极、阻流件、反馈通道和测量管；第一电极、第二电极、第三电极和阻流件 均安装在测量管内，第一电极和第三电极在阻流件一侧，第二电极在阻流件另 一侧。流量检测电路包括单片机、相关放大电路、AD转换电路、励磁驱动电路 和LCD显示器，单片机分别与相关放大电路、AD转换电路、励磁驱动电路和 LCD显示器相连，励磁驱动电路与U型励磁结构相连，射流基表的第一电极、 第二电极、第三电极与相关放大电路相连，相关放大电路与AD转换电路相连。一种应用上述射流流量计微弱信号提取系统的射流流量计微弱信号提取方 法，其特征在于，包括以下步骤(1)单片机控制励磁驱动电路，产生所需励磁磁场。(2) 电极釆集信号，将信号输入相关放大电路。(3) 相关放大电路将电极信号放大后输入AD转换电路。(4) AD转换电路对放大的电极信号进行模数转换，送入单片机，单片机根 据模数转换得到的数值得到流量信号，同时进行LCD显示。本专利技术的有益效果是1. 本专利技术将相关放大技术应用在射流流量计流量检测上，具有测量下限低、计 量准确、量程宽等特点；2. 采用电磁检测方法具有防止管道振动、流体振动、电磁辐射等特点；3. 采用相关放大技术能有效的抑制工频噪声干扰，在水低流速时可以较大增益 放大，有良好的水流量测量下限性能。附图说明图1是射流基表和U型励磁结构的示意图2是本专利技术的电路结构示意图3是本专利技术的单片机接口电路图4是本专利技术的相关放大电路结构示意图5是本专利技术的励磁驱动电路图6是本专利技术的AD转换电路图中，1、第一电极，2、第二电极，3、第三电极，4、阻流件，5、反馈通 道，6、测量管，7、 U型励磁结构。 具体实施例方式下面根据附图详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明显。 本专利技术基于相关放大技术的射流流量计微弱信号提取系统包括射流基表、 流量检测电路和U型励磁结构。如图1所示，图中给出了射流基表结构和u型励磁结构示意图。射流基表包括第一电极l、第二电极2、第三电极3、阻流件4、反馈通道5和测量管6。 第一电极l、第二电极2、第三电极3和阻流件4均安装在测量管6内，第一电 极1、第二电极2和第三电极3均与测量管6的管壁绝缘，第一电极1和第三电 极3安装在阻流件4一侧，第二电极2安装在阻流件4另一侧。U型励磁结构7 通过在磁芯外绕线圈构成，安装在射流基表侧旁通孔中，在三个电极附近产生 交流磁场。如图2所示，图中给出了励磁部件和流量检测电路的整体结构示意图。流 量检测电路包括单片机、相关放大电路、AD转换电路、励磁驱动电路和LCD显示器，单片机分别与相关放大电路、AD转换电路、励磁驱动电路和LCD显示器相连，励磁驱动电路与u型励磁结构相连用以产生交变的磁场。射流基表的第一电极l、第二电极2、第三电极3与相关放大电路相连，相关放大电路与 AD转换电路相连。如图3所示，本专利技术的单片机可以采用美国TI公司的MSP430F4XX系列单 片机，但不限于此。下面以MSP430F436为例，说明微功耗电路的实现。在CMOS 器件中，功耗尸与系统时钟频率/成正比，Poc)/2/，其中K是电源电压。 一般 单片机的工作电压是不变的，所以要尽可能地降低系统时钟频率/。因此， MSP430F436只接低频晶振LFXT1 = 32. 768KHz，不接高频晶振XT2。 MSP430F436 需要高速运行时，通过MSP430F436的FLL+提供高频系统时钟。MSP430F436的 BP0、 BP1、 BP2、 BP3、 S0、 Sl、 S2、…、S25与段码式液晶LCD显示器相连功耗 只需要几个uA， MSP430F436的0PEN、 CLOSE与励磁驱动电路相连，REF2、 REF1 引脚与相关放大电路相连，DIN、 D0UT、 DRDY、 SCLK、 CS、 RESET引脚与AD转换 电路相连。如图4所示，图中给出了相关放大电路的结构示意框图。本专利技术中使用的 相关放大电路包括差分放大电路、带通滤波电路、同相放大电路、第一乘法器 电路、第二乘法器电路、第一低通滤波器电路、第二低通滤波器电路，差分放 大电路、带通滤波电路、同相放大电路依次相连，同相放大电路分别与第一乘 法器电路和第二乘法器电路相连，第一低通滤波器电路与第一乘法器电路相连， 第二低通滤波器电路与第二乘法器电路相连。差分放大电路可选择ICL7650芯片进行搭建，带通滤波电路可选择MAX268 芯片进行搭建，同相放大电路可选择ICL7650芯片进行搭建，乘法器电路可选 择AD630芯片进行搭建，低通滤波电路可选择MAX291芯片进行搭建，但不限于 此。单片机给第一乘法器电路、第二乘法器电路分别提供两路参考信号REF1、 REF2，该两路参考信号都采用与励磁信号同频率的方波信号，两路信号REF1、 REF2在相位上相差90° 。低通滤波器的输出信号認l， AN2与AD转换电路相连。电极得到的信号是水流过射流水表时，在水表电极附近产生周期性变化 (频率为f)的水流，同时由于通过励磁电路产生周期性变化(频率为F)的磁 场。由导电流体在磁场中运动性质￡ = ^^，励磁磁场频率F相对电极周围水流 变化频率f为高频，电极得到的有效信号即相当于将将频率为f的信号经过调 制，而该有效信号是微弱的，被淹没在大的噪声中。相关放大电路的原理是差分放大电路可将电极得到的信号进行差分放大， 同时消去第一电极、第三电极共同的噪声信号。带通滤波电路可对噪声信号进行进一步滤除增强信噪比。再进行同相放大电路可对信号进行进一步放大，进 一步进行乘法器和低通滤波器能得到有效信号并能对噪声信号进行最大限度的 滤除。采取两路乘法器和低通滤波器的好处是能保证至少其中一路信号的完整 性，防止参考信号和有效信号相位差90。带来有可能检测不到信号的情况。如图5所示，励磁驱动电路包括2个PNP三极管Q4、 Q5， 4个NPN三极 管Q6、 Q7、 Q8、 Q9， 6个电阻R35、 R36、 R37本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相关放大技术的射流流量计微弱信号提取系统，其特征在于，它包括射流基表、流量检测电路和Ｕ型励磁结构。所述射流基表包括第一电极（１）、第二电极（２）、第三电极（３）、阻流件（４）、反馈通道（５）和测量管（６）。第一电极（１）、第二电极（２）、第三电极（３）和阻流件（４）均安装在测量管（６）内，第一电极（１）和第三电极（３）在阻流件（４）一侧，第二电极（２）在阻流件（４）另一侧。流量检测电路包括单片机、相关放大电路、ＡＤ转换电路、励磁驱动电路和ＬＣＤ显示器，单片机分别与相关放大电路、ＡＤ转换电路、励磁驱动电路和ＬＣＤ显示器相连，励磁驱动电路与Ｕ型励磁结构相连，射流基表的第一电极（１）、第二电极（２）、第三电极（３）与相关放大电路相连，相关放大电路与ＡＤ转换电路相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆秋平，戴华平，朱凌平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]