採用自動跟蹤數字濾波電路的渦街流量計的製作方法
2023-06-03 19:57:26 1
專利名稱：採用自動跟蹤數字濾波電路的渦街流量計的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種計量儀器。特別是涉及一種用於測量氣體、液體、蒸汽流量的
帶有自動跟蹤數字濾波電路的渦街流量計。
背景技術：
渦街流量計，是根據卡門渦街原理測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量，或者，質量流量的體積流量計。廣泛用於各種行業氣體、液體、蒸汽流量的計量，也可用於測量含有微小顆粒、雜質的混濁液體，並可作為流量變送器廣泛用於自動化控制系統中。 傳統的渦街流量計電路大多採用有源濾波的硬體方式濾波，或者，採用數字濾波的軟體濾波方式進行濾波，使用硬體方式濾波用來處理渦街信號時，處理渦街信號的響應速度快，並且，幾乎沒有延時，但這種有源濾波電路的處理方式相對於渦街量程的下限信號來說，處理效果並不十分理想。而採用軟體濾波的方式對渦街量程中、下限的低頻信號進行處理時，渦街信號採集的準確性及穩定性效果明顯優於有源濾波電路的處理方式，有效地拓展了渦街信號的可測範圍，但採用軟體濾波方式的數據運算量非常大，處理渦街信號的響應速度慢，延時較長，對硬體系統的電源要求高，功耗大，不能按工業信號的輸出標準，將渦街電路設計成兩線制模擬信號輸出形式的儀表，制約了渦街流量計的功能。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種兼顧處理高頻渦街信號時，硬體濾波響應速度快，和處理中、低頻渦街信號時，軟體濾波準確的優點，又實現了低功耗，且測量結果採用兩線制模擬信號輸出形式的渦街流量計。 本實用新型所採用的技術方案是一種採用自動跟蹤數字濾波電路的渦街流量計，包括渦街信號預處理電路、CPU處理電路、鍵盤輸入電路、顯示電路，自動增益電路、可控濾波器電路和測量輸出電路，所述的預處理電路將渦街流量信號採集、放大後分兩路輸出， 一路直接輸入到所述的CPU處理電路的A/D採集埠 ，另一路輸入到所述的自動增益電路，由所述的自動增益電路進行放大後輸入到所述的可控數字濾波器電路，所述的顯示電路顯示所述的鍵盤輸入和檢測結果的信息，檢測結果的信息還可以通過所述的測量輸出電路輸出。 所述的測量輸出電路，包括頻率輸出電路、D/A輸出電路和通訊輸出電路，通過所述的頻率輸出電路、D/A輸出電路和通訊輸出電路，把渦街流量計的輸出信息與適配的其他設備相連接。 所述的CPU處理電路U1採用的是TI公司的系列單片機，型號是MSP430，通過外接存儲器U6來增加內存容量，所述的預處理電路的晶片採用TI公司的放大器，型號是INA126，所述的可控濾波器電路晶片U2採用的是開關電容濾波晶片，型號是MAX281。[0008] 本實用新型所的有益效果是既保持處理高頻渦街信號時，硬體濾波響應速度快，和處理低頻渦街信號時軟體濾波準確的優點，又實現了低功耗，且測量結果採用兩線制模擬信號輸出形式。
圖1是本實用新型電路構成方框圖；[0010] 圖2是本實用新型電路的電原理圖；[0011] 圖3是本實用新型CPU處理電路的電原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。 圖1是本實用新型電路構成方框圖；如圖1所示，本實用新型工作原理是，本實用新型自動跟蹤數字濾波電路的渦街流量計，包括渦街信號預處理電路、CPU處理電路、鍵盤輸入電路、顯示電路，還包括自動增益電路、可控濾波器電路和測量輸出電路，預處理電路將渦街流量信號採集、放大後分兩路輸出， 一路直接輸入到CPU處理電路的A/D採集埠 ，另一路輸入到自動增益電路，由自動增益電路進行放大後輸入到可控數字濾波器電路，顯示電路顯示鍵盤輸入和檢測結果的信息，檢測結果的信息還可以通過測量輸出電路輸出。 測量輸出電路，包括頻率輸出電路、D/A輸出電路和通訊輸出電路，通過頻率輸出電路、D/A輸出電路和通訊輸出電路，把渦街流量計的輸出信息與適配的其他設備相連接。 CPU處理電路採用的是TI公司的系列單片機，型號是MSP430，通過外接存儲器U6來增加內存容量，預處理電路的晶片採用TI公司的放大器，型號是INA126，可控濾波器電路晶片U2採用的是開關電容濾波晶片，型號是MAX281 。 圖2是本實用新型電路的電原理圖；如圖2所示，在渦街流量信號處理系統的硬體電路設計中，增加了自動增益電路和數字可控濾波器電路；在軟體設計中，在原有的頻率採集和信號頻譜分析的基礎上，增加了信號處理方式的智能控制軟體。 系統開始工作時，首先由CPU處理電路的A/D埠 ，對渦街流量信號預處理電路放大後的信號進行採集，並計算信號的頻率範圍，以及信號幅值，然後，根據信號幅值變化的大小，通過CPU處理電路的I/O埠控制自動增益電路，使輸入可控濾波器的信號幅值保持在一定範圍內變化，並根據頻率的大小控制可控濾波器的濾波範圍，從而，使信號的濾波效果達到最佳值。 當CPU處理電路監測到渦街流量信號的頻率低於某一設定值時，CPU處理電路便自動切換到頻譜分析模式，對低頻信號進行軟體濾波處理，從而，保證了低頻信號的處理效果。 預處理電路將渦街流量信號採集放大後分兩路輸出，一路直接輸入到CPU處理電路的A/D採集埠，另一路輸入到自動增益電路進行定值放大後輸入到可控數字濾波器，進行低通濾波處理，CPU處理電路以循環的工作方式對可控濾波器頻率輸出進行採樣，得到首次採樣頻率值後，如果該頻率值大於CPU處理電路的內部設定值時，則輸出與採樣頻率相當的控制時鐘頻率到濾波器後再次採樣，計算頻率值進行顯示和/或通過測量輸出電路輸出。如果首次採樣頻率值小於CPU處理電路的內部設定值時，則CPU處理電路自動轉入 頻譜分析模式，通過CPU處理電路的A/D採集埠對處理信號進行採集並進行軟體濾波處 理，從而提高低頻信號的採集精度。 預處理電路晶片U1採用TI公司的INA126放大器，與外圍的電阻R1、R2、R4及電 容Cl、 C2 —起構成信號預處理電路，放大後的信號通過電容Cl、 C2分別耦合到CPU處理電 路的低流量輸入端和可控濾波器的輸入端。自動增益電路是運用光電原理來實現的，RR1 為光敏電阻，DDI為發光二極體，當預處理電路信號輸出幅值發生變化時，由CPU處理電路 的A/D (L流量輸入)埠檢測信號幅值變化大小，根據預定幅值計算D/A埠電壓的變化 幅值，從而控制場效應管Q1的導通電流，改變發光二極體DD1的亮度；當發光二極體DDl亮 度變化時，光敏電阻RR1的阻值也會隨著變化，從而改變預處理放大器U1的放大倍數以控 制預處理放大器Ul輸出信號幅值的變化，達到穩定信號輸出幅值的目的。可控濾波器電路 晶片U2採用的是MAX281開關電容濾波晶片，該晶片是通過時鐘的頻率來控制渦街流量上 限濾波頻率的，時鐘是由CPU處理電路的I/0埠提供，該時鐘頻率根據採樣頻率的大小進 行動態跟蹤鎖定，使可控濾波器電路晶片U2達到最佳的濾波效果。 圖3是本實用新型CPU處理電路的電原理圖；如圖3所示，運算處理電路的CPU採 用的是TI公司的MSP430系列單片機，通過外接存儲器U6來增加內存容量，以便滿足低頻 時頻譜分析運算的大內存需要。其中，低流速信號使用D/A埠輸入，時鐘和頻率輸入使用 普通I/O 口輸出輸入。 本實用新型在保證渦街流量信號處理準確、穩定的基礎上，既保持了高頻渦街流 量信號時硬體濾波響應速度快和低頻渦街流量信號軟體濾波準確的優點，又實現了低功耗 的兩線制電路設計，彌補了行業空白。通過對低頻段渦街流量信號採用軟體數字濾波的方 式提高渦街流量信號的測量精度，對高頻率段渦街流量信號採用硬體可控濾波方式，即，通 過軟體實時跟蹤、鎖定的濾波方式濾波，從而，有效地提高了濾波精度。兩種濾波方式的結 合，不僅極大地拓展了渦街流量計的可測量範圍，而且，整體功耗低，完全能夠將整個系統 設計成兩線制模擬信號輸出形式，從而彌補了採用單純高頻或中、低頻濾波方式的不足。 值得指出的是，本實用新型的保護範圍並不局限於上述具體實例方式，根據本實 用新型的基本技術構思，也可用基本相同的結構對所述預處理電路和可控濾波器電路進行 改進。只要本領域普通技術人員無需經過創造性勞動，即可聯想到的實施方式，均屬於本實 用新型的保護範圍。
權利要求一種採用自動跟蹤數字濾波電路的渦街流量計，包括渦街信號預處理電路、CPU處理電路、鍵盤輸入電路、顯示電路，其特徵在於，還包括自動增益電路、可控濾波器電路和測量輸出電路，所述的預處理電路將渦街流量信號採集、放大後分兩路輸出，一路直接輸入到所述的CPU處理電路的A/D採集埠，另一路輸入到所述的自動增益電路，由所述的自動增益電路進行放大後輸入到所述的可控數字濾波器電路，所述的顯示電路顯示所述的鍵盤輸入和檢測結果的信息，檢測結果的信息還可以通過所述的測量輸出電路輸出。
2. 根據權利要求1所述的採用自動跟蹤數字濾波電路的渦街流量計，其特徵在於，所述的測量輸出電路，包括頻率輸出電路、D/A輸出電路和通訊輸出電路，通過所述的頻率輸出電路、D/A輸出電路和通訊輸出電路，把渦街流量計的輸出信息與適配的其他設備相連接。
3. 根據權利要求1所述的採用自動跟蹤數字濾波電路的渦街流量計，其特徵在於，所述的CPU處理電路U1採用的是TI公司的系列單片機，型號是MSP430，通過外接存儲器U6來增加內存容量，所述的預處理電路的晶片採用TI公司的放大器，型號是INA126，所述的可控濾波器電路晶片U2採用的是開關電容濾波晶片，型號是MAX281。
專利摘要本實用新型公開了一種自動跟蹤數字濾波電路的渦街流量計，包括渦街信號預處理電路、CPU處理電路、鍵盤輸入電路、顯示電路，自動增益電路、可控濾波器電路和測量輸出電路，預處理電路將渦街流量信號採集、放大後分兩路輸出，一路直接輸入到CPU處理電路的A/D採集埠，另一路輸入到自動增益電路，由自動增益電路進行放大後輸入到可控數字濾波器電路，顯示電路顯示鍵盤輸入和檢測結果的信息，整機通過測量輸出電路輸出。本實用新型的有益效果是兼顧處理高頻渦街信號時，硬體濾波響應速度快，和處理低頻渦街信號時軟體濾波準確的優點，實現了低功耗，且測量結果採用兩線制模擬信號輸出形式和/或與適配的其他設備相連接。
文檔編號G01F1/32GK201463940SQ20092009826
公開日2010年5月12日 申請日期2009年8月7日 優先權日2009年8月7日
發明者劉忠海 申請人:天津市億環自動化儀表技術有限公司