基于快速傅里葉變換的高精度電磁流量計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于快速傅里葉變換的高精度電磁流量
i+o
【背景技術(shù)】
[0002 ]電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。電磁流量計(jì)廣泛采用的勵(lì)磁方式有低頻方波勵(lì)磁和三值波勵(lì)磁。這兩種勵(lì)磁方式在一定程度上克服了正交干擾、微分干擾、同相干擾、串模干擾等等干擾信號(hào)，提高了測(cè)量精度，但是在低流速時(shí)，由于傳感器信號(hào)微弱，使得傳感器輸出信號(hào)的信噪比下降，傳統(tǒng)的測(cè)量方式無法區(qū)分出干擾信號(hào)和流量信號(hào)，使得電磁流量計(jì)量程比和微小流量高精度測(cè)量受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是:提供一種基于快速傅里葉變換的高精度電磁流量計(jì)，采用快速傅里葉變換(FFT)分析方法分析出混有干擾信號(hào)的流量信號(hào)頻譜，根據(jù)流量信號(hào)和勵(lì)磁信號(hào)的頻率一致，在流量信號(hào)頻率已知的基礎(chǔ)上將干擾信號(hào)和流量信號(hào)分離出來，通過FFT運(yùn)算流量信號(hào)的幅值，擴(kuò)展電磁流量計(jì)量程比，實(shí)現(xiàn)微小流量高精度測(cè)量。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:該基于快速傅里葉變換的高精度電磁流量計(jì)包括開關(guān)電源電路、主控電路、勵(lì)磁電路、前置放大電路、頻率輸出電路、報(bào)警輸出電路、4?20mA輸出電路、HART通信電路和RS485通信電路，主控電路上依電回路方式聯(lián)接開關(guān)電源電路、勵(lì)磁電路、前置放大電路、頻率輸出電路、報(bào)警輸出電路、4?20mA輸出電路、HART通信電路和RS485通信電路，整體構(gòu)成電磁流量計(jì)的電回路。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1、開關(guān)電源電路將市電220￥變換成+14￥、-14￥、+5￥、+25￥，再通過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓成+
12V、-12V、+3.3V、+24V，給勵(lì)磁電路、前置放大電路、頻率輸出電路、報(bào)警輸出電路、4?20mA輸出電路、HART通信電路、RS485通信電路提供電源。
[0006]2、勵(lì)磁電路為傳感器線圈提供低頻方波勵(lì)磁。
[0007]3、前置放大電路將流量信號(hào)經(jīng)過放大濾波后通過AD變換成數(shù)字量然后FFT運(yùn)算計(jì)算出流速流量再由4?20mA輸出電路實(shí)現(xiàn)模擬遠(yuǎn)傳，也可以通過頻率輸出電路和HART通信電路、RS485通信電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字遠(yuǎn)傳。
[0008]4、采用快速傅里葉變換FFT算法數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電磁流量信號(hào)從時(shí)域到頻域轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)處理，通過頻譜分析能夠在微小流量測(cè)量時(shí)準(zhǔn)確的將流量信號(hào)分離出來，擴(kuò)寬量程比，實(shí)現(xiàn)微小流量的高精度測(cè)量，具有測(cè)量精度高、可靠性高、一致性好、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明硬件框圖。
[0010]圖2為本發(fā)明電源整流濾波電路。
[0011]圖3為本發(fā)明開關(guān)電源電路。
[0012]圖4為本發(fā)明勵(lì)磁電路。
[0013]圖5為本發(fā)明前置放大電路。
[0014]圖6為本發(fā)明4?20mA輸出電路。
[0015]圖7為本發(fā)明RS485通信電路。
[0016]圖8為本發(fā)明HART通信電路。
[0017]圖9為本發(fā)明主控電路。
[0018]圖10為本發(fā)明頻率輸出電路。
[0019]圖11為本發(fā)明報(bào)警輸出電路。
[0020]圖12為本發(fā)明勵(lì)磁控制和AD采樣控制時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0022]本發(fā)明的核心是:將快速傅里葉變換技術(shù)應(yīng)用到電磁流量計(jì)信號(hào)處理上，由電磁流量計(jì)的原理可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與流體流速成正比，常規(guī)的方案是直接測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)大小然后計(jì)算出流量，本發(fā)明根據(jù)信號(hào)頻率和勵(lì)磁頻率一致的特性，通過快速傅里葉變換算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波直接將對(duì)應(yīng)勵(lì)磁頻率的流量信號(hào)的幅值計(jì)算出來。
[0023]本發(fā)明的總體硬件框圖如圖1所示，包括開關(guān)電源電路、主控電路、勵(lì)磁電路、前置放大電路、頻率輸出電路、報(bào)警輸出電路、4?20mA輸出電路、HART通信電路和RS485通信電路，主控電路上依電回路方式聯(lián)接開關(guān)電源電路、勵(lì)磁電路、前置放大電路、頻率輸出電路、報(bào)警輸出電路、4?20mA輸出電路、HART通信電路和RS485通信電路，整體構(gòu)成電磁流量計(jì)的電回路。
[0024]本發(fā)明的電源電路設(shè)計(jì)性能關(guān)系到整個(gè)流量計(jì)的性能。流量計(jì)電路需要多組不同的電壓，有的電壓相互直接還需要隔離，電源的紋波系數(shù)直接影響放大電路的靈敏度，所以相比較其他儀表電源電路要復(fù)雜的多。開關(guān)電源電路的前端電路如圖2所示，整流濾波電路的連接關(guān)系是:220V接插件Jl的一端接熱敏電阻RTl，中間直接接地，另一端接保險(xiǎn)絲FUl;RTI的另一端接壓敏電阻RVl、RV3和電容C5、濾波電感輸入腳的一端;壓敏電阻RV3的另一端接氣體放電管和壓敏電阻RV2的一端;保險(xiǎn)絲FUl的另一端接壓敏電阻RVl、RV2和電容C5、濾波電感輸入的另一端;氣體放電管的另一端接地;濾波電感輸出的一端接電容C3、C4和整流橋DI的交流輸入一端;濾波電感輸出另一端接電容C4另一端接C6—端和整流橋DI交流輸入另一端；電容C3和C6另一端接地;整流橋DI輸出一端接電容C9正端，整流橋DI另一端接電容C9負(fù)端;電容CYl—端接電容C9正端;一端接電容C9負(fù)端。
[0025]圖3為開關(guān)電源電路，產(chǎn)生需要的+12V、-12V、+24、+25V、5V，其電路連接關(guān)系是:電容C22正端接Zl TL431的負(fù)輸入端和電阻R7的一端、電阻R8的一端、光耦U33輸入負(fù)端；電容C22負(fù)端接ZI的正端電阻Rl O的一端;ZI的參考端接電阻Rl O的另一端和電容C8的一端、電阻R9的一端；電阻R9的另一端接電容C7的一端；電容C8的另一端接電阻R8的另一端；電阻R7的另一端接電阻R6的一端；電阻R6的另一端接光耦U33輸入正端;光耦U33的輸出一端接電容C12正端和電阻R2的一端；電容C12的負(fù)端接高頻變壓器T13腳;高頻變壓器T13腳和電容C9的負(fù)接相連；電阻R2的另一端接二極管VDl負(fù)端；二極管VDl正端接高頻變壓器T14腳;光耦U33另一端接電容C25—端和Rll的一端和開關(guān)電源芯片Ul的I腳;C25另一端接C26負(fù)端接電容C9負(fù)端；電容C26正端接電阻Rll另一端;開關(guān)電源芯片Ul的3、4、5腳接電容C9負(fù)端;開關(guān)電源芯片Ul的2腳接R5的一端;R5的另一端接C9的正端;開關(guān)電源芯片Ul的7腳接二極管D3的正端和高頻變壓器T12腳;D3的負(fù)端接Rl的一端;Rl的另一端和瞬態(tài)管D2的負(fù)極、R3的一端、C1的一端接接;D2的另一端和R3的另一端和C1的另一端和高頻變壓器TI的I腳連接；TI的5腳接二極管VD2的正級(jí);二極管的負(fù)極和電容Cl 3正級(jí)、電感L2的一端連接;Tl的6腳接和Cl 3的負(fù)極、Cl 7的負(fù)極、C23的一端連一起;L2的另一端接Cl 7的正級(jí)接C23的另一端;TI的7腳接VD6的正級(jí);VD6的負(fù)極和電容Cl I的正級(jí)和電感L6的一端連接；電感的另一端接電容C21的正級(jí)和C7的一端;Tl的8腳和Cl I的負(fù)端、C21負(fù)端、C7的另一端連接;Tl的9腳接二極管VD3的正級(jí);VD3負(fù)端接電容C14正端、電感L3—端；電感L3另一端接電容C18正端和電容C24一端；電容C24另一端和C18負(fù)端、C14負(fù)端、Tl的10腳連接;Tl的11腳連二極管VD4的正端；VD4的負(fù)端和電容C15正端、電感L4一端連接;電感L4另一端和電容C19正端和電容Cl的一端連接;電容Cl的另一端和C19的負(fù)端、C15的負(fù)端、Tl的12腳連接;Tl的12腳和電容C16正端、電容C20正端、電容C2的一端連接;Tl的13腳和二極管VD5的負(fù)端連接;VD5正端和電容C16負(fù)端電感L5的一端連接;電感L5另一端和電容C20的負(fù)端，電容C2的另一端連接。
[0026]本發(fā)明的勵(lì)磁電路對(duì)磁場(chǎng)的穩(wěn)定性有影響，因而對(duì)流量信號(hào)精度產(chǎn)生影響；本發(fā)明采用開關(guān)式恒流勵(lì)磁方式，提高了磁場(chǎng)的穩(wěn)定性，為高精度測(cè)量奠定基礎(chǔ);如圖4所示，勵(lì)磁電路的連接關(guān)系是:M0S管Q13的D極和電阻R17的一端和MOS管QlO的G極相連;MOS管Q13G級(jí)和OPl連接;Q3的S極和電阻R29—端和電阻R30的一端和MOS管Q12的S極連接;R29的另一端和MOS管Ql IG極和MOS管QlO S極連接;MOS管Ql I的D極和MOS管Q7的S極連接;Ql I的S極和MOS管Q14的S極連接;MOS管Q14的D極和MOS管Q6的S極連接;MOS管Q14的G極和電阻R30