一种基于ＤＳＰ的电磁流量计信号处理系统技术方案

本发明专利技术为一种基于ＤＳＰ的电磁流量计信号处理系统，包含硬件系统与软件系统。硬件系统由励磁驱动模块、信号调理采集模块、信号处理控制模块、人机接口模块、通讯模块及电源管理模块组成。信号处理控制模块以ＤＳＰ为核心。系统采用高频方波励磁控制方案，由ＤＳＰ产生励磁时序控制励磁驱动模块对励磁线圈进行高频方波励磁；信号调理采集模块对电磁流量计输出信号进行放大、滤波及模数转换并送给ＤＳＰ；软件系统对采集信号进行处理以获得流量测量结果并传送给液晶显示；仪表参数的设定由键盘操作或由上位机通过通讯模块与之交互实现。本发明专利技术能够实现对流体流量进行高精度、高速度测量，尤其是能够实现对浆液等液一固两相流体流量的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流量检测领域，为一种电磁流量计信号处理系统，特别是一种针对接 触式电磁流量计一次仪表，以数字信号处理器(DSP)为核心，采用高频方波励磁、基于梳状 带通滤波和统计分析与信号重构的信号处理方法实现对单相流体介质和浆液流体高精度、 高速度测量的电磁流量计信号处理系统。
技术介绍
电磁流量计是一种依据法拉第电磁感应定律来测量导电液体体积流量的仪表。由 励磁线圈将磁场施加给被测流体，通过检测磁场中运动流体的感应电动势，并进行信号处 理来实现流量准确测量。由于其测量管内部不含有阻挡部件，且可靠性高、耐腐蚀性强、测 量精度高、不受流体密度、粘度、温度、压力变化的影响等优点，因此，在工业中得到广泛应 用，尤其适用于浆液等固-液两相流体的流量测量。电磁流量计的技术难点主要在于消除 各种噪声如正交干扰、同相干扰、工频干扰、极化干扰、白噪声等，尤其是浆液流量测量时的 浆液干扰及低电导率流体流量测量时的流动噪声等。其中，浆液干扰的消除仍是当今电磁 流量计技术的一大难题，浆液流量测量技术因而也是电磁流量计应用中的一项关键技术。 另外，电磁流量计的高精度、高速度测量在当前工业应用中的要求也越来越高。当前，国内研究方面主要针对纯水等单相流体介质，采用低频方波励磁方式及单 片机信号处理系统来解决单相流体介质的流量测量问题。但是，低频方波励磁无法克服浆 液干扰的影响，且限制了测量响应速度的提高；运算能力相对较低的单片机系统也往往无 法承担运算量较大的浆液信号处理任务及高精度、高速度的流量测量信号处理任务。国外 研究方面，则已有针对浆液流量测量的电磁流量计技术方面的研究及相关产品，采用高频 方波励磁或双频励磁控制方式来有效克服浆液干扰，并结合相应的信号处理系统来解决浆 液流量测量问题。但是，所披露的信号处理方法复杂，较难实现。为此，需要开展电磁流量 计浆液流量测量技术及电磁流量计高精度、高速度测量的信号处理系统的研究。现有技术中，电磁流量计的高精度测量已有较成熟的解决方法，但往往是以牺牲 测量速度为代价。而基于高频方波励磁或双频励磁以提高电磁流量计测量精度和测量 速度及解决浆液流体测量的技术则仅有国外少数企业掌握，且技术较为复杂。公开号为 CN101451867A(顾志祥.浆液型电磁流量计)的中国专利技术专利是关于浆液型电磁流量计的 研究，提出采用“智能模糊算法”处理浆液噪声，但只给出系统设计框图，未提到任何系统设 计及算法处理流程步骤等技术细节。公开号为CN87101677A(小林保，黑森健一，俊藤茂，松 永义则，鸟丸尚，宿谷宪弘，田半上忠.电磁流量计)的中国专利技术专利中阐述了双频电磁流 量计技术，提出采用双频励磁的方案，并通过信号采样及幅值解调的方法分别提取出传感 器输出信号中的低频分量的幅值和高频分量的幅值，然后分别通过低通滤波器和高通滤波 器进行滤波并将两路滤波结果相加得到最终去除浆液干扰及其它噪声干扰的信号幅值大 小，进而获得流体流量大小。但是，双频励磁控制及相应的信号处理技术复杂，实现困难，其 对应的产品有日本横河的双频电磁流量计。高频方波励磁及相应的浆液信号处理方法对应5的产品则有日本东芝的高频浆液型电磁流量计，但是，未见文献披露具体的技术细节。为 此，本专利技术专利提出一种能够用于高精度、高速度测量尤其是能进行浆液流体流量测量的 电磁流量计。
技术实现思路
本专利技术要解决现有电磁流量计技术中存在的一些问题，针对接触式电磁流量计， 提供一种基于数字信号处理器(DSP)的，能够用于高精度、高速度测量及浆液等复杂流体 测量的电磁流量计信号处理系统。本专利技术所采用的技术方案是基于高频方波励磁，针对纯水等单相流体介质的测 量，提出基于梳状带通滤波的单相流量信号处理方法，以提高电磁流量计单相流量测量的 精度和速度；针对液_固两相等浆液流体流量的测量，提出基于统计分析与信号重构的浆 液信号处理方法，以提高电磁流量计用于浆液流体测量的测量精度和测量速度；采用公开 号为CN101644591 (徐科军，杨双龙，王刚等.一种基于线性电源的单/双频电磁流量计励 磁控制系统)的中国专利技术专利中所述的高频励磁控制方案，从而保证电磁流量计在高频方 波励磁时具有稳定的信号零点并实现准确的励磁电流检测，进而为高精度、高速度测量及 克服浆液干扰提供前提条件；以数字信号处理器(DSP)为信号处理和系统控制核心，研制 电磁流量计信号处理硬件系统，包含励磁驱动模块、信号调理采集模块、信号处理控制模 块、人机接口模块、通讯模块及电源管理模块，从而为电磁流量计高精度、高速度流量信号 处理及浆液流量信号处理的复杂运算提供系统平台；基于硬件系统，研制电磁流量计软件 系统，包含初始化模块、驱动模块、数据处理模块、通讯模块、人机接口模块及看门狗模块。本专利技术的工作过程为由电磁流量计信号处理系统中的数字信号处理器(DSP)发 出励磁时序控制信号；励磁驱动模块根据励磁时序控制信号对电磁流量计励磁线圈进行高 频方波励磁，同时检测励磁电流并进行模数转换送给数字信号处理器(DSP)；信号调理采 集模块对电磁流量计输出信号进行放大、滤波及模数转换，并送入数字信号处理器(DSP)； 针对单相介质流量测量，数字信号处理器(DSP)采用基于梳状带通滤波的单相流量信号处 理方法对所采集的电磁流量计传感器信号及励磁电流信号进行信号处理；针对液-固两相 等浆液型介质的流量测量，数字信号处理器(DSP)采用基于统计分析与信号重构的浆液流 量信号处理方法对所采集的电磁流量计传感器输出信号及励磁电流信号进行信号处理；数 字信号处理器将流量信号处理结果传送给人机接口模块的液晶显示器进行液晶显示，同时 接受人机接口模块的键盘操作请求，并对其进行处理；当电磁流量计信号处理系统通过串 口模块与上位机建立连接时，系统实时接受上位机的指令监控。本专利技术的积极效果是能够实现对流体流量进行高精度、高速度测量，尤其是能够 实现对浆液等液-固两相流体的测量。其特征在于能够对电磁流量计励磁线圈进行高频 方波励磁，且同时能保证电磁流量计电极感应输出信号的零点稳定性，进而可有效克服浆 液干扰；以数字信号处理器(DSP)为核心从而具有很强的运算处理能力；采用所提出的单 相介质流量信号处理方法和浆液等液_固两相流体流量信号处理方法实现对流体流量的 高精度、高速度测量及浆液等液_固两相流的流量测量。附图说明图1是本专利技术的系统框图；图2是本专利技术的系统信号处理控制模块功能框图；图3是本专利技术具体实施例DSP引脚接线图；图4是本专利技术具体实施例外扩存储器电路原理图；图5是本专利技术具体实施例通讯模块电路原理图；图6是本专利技术的软件功能模块框图；图7是本专利技术的基于梳状带通滤波的单相流量信号处理流程图；图8是本专利技术的基于梳状带通滤波的单相流量各步信号处理结果示意图；图9是本专利技术的电磁流量计感应输出信号偏置调整结果示意图；图10是本专利技术的基于统计分析与信号重构的浆液流量信号处理流程图；图11是本专利技术的基于统计分析与信号重构的浆液流量各步信号处理结果示意图；图12是浆液测量时励磁半周期数与幅值解调结果间的近似高斯分布示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明本专利技术的设计思想是采用基于线性电源的高频方波励磁控制方案来实现保证稳 定信号零点的同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＤＳＰ的电磁流量计信号处理系统，用于向电磁流量计一次仪表励磁线圈提供方波励磁电流，检测其一次仪表传感器输出信号并对其进行信号处理以获取实际流体流速大小，包括硬件系统和软件系统，其特征在于：硬件系统采用基于线性电源的高频方波励磁控制方案，以数字信号处理器（ＤＳＰ）作为信号处理和系统控制核心，包含励磁驱动模块、信号调理采集模块、信号处理控制模块、人机接口模块、通讯模块及电源管理模块；由励磁驱动模块向电磁流量计励磁线圈提供方波励磁电流，电磁流量计一次仪表传感器输出信号经信号调理采集模块放大、滤波及模数转换后送给数字信号处理器（ＤＳＰ）进行信号处理，信号处理结果传送给人机接口模块进行显示或由通讯模块传送给上位机，电源管理模块向系统硬件中各模块提供工作电源；软件系统基于高频方波励磁，针对单相介质流量测量采用基于梳状带通滤波的单相流量信号处理方法，针对浆液流量测量采用基于统计分析与信号重构的浆液流量信号处理方法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐科军，杨双龙，王刚，梁利平，张然，石磊，杨怿兵，
申请(专利权)人：合肥工业大学，重庆川仪自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]