專利名稱：一種混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電磁流量計的勵磁技術(shù)，更具體地說，是涉及一種混頻勵磁電磁流量 轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律來測量導電性液體體積流量的儀表，它可 在層流、紊流、脈動流量以及產(chǎn)生流線振動等情況下對流體進行流量測量。如圖1所示電 磁流量計在工作時，流體通過時切割磁力線產(chǎn)生微弱的電信號，此信號不僅非常的微弱，而 且混合了各種干擾信號，他們共同組成含噪音的原始信號1，原始信號1經(jīng)過差分放大器2 的初步放大電路進行放大，然后與勵磁電路9分別經(jīng)過高頻采樣3和低頻采樣4得到采樣 信號，采樣信號分別經(jīng)過高通濾波5和低通濾波6，得到一個高頻的信號和一個低頻的信 號，經(jīng)過處理后由CPU來優(yōu)化處理，從而得到穩(wěn)定而準確的流量信號8。而電磁流量計的測 量精度和零點穩(wěn)定性與所采用的勵磁方式有很大關系，目前電磁流量計的勵磁方式主要有 低頻勵磁和高頻勵磁兩種，低頻勵磁具有穩(wěn)定的零點，但對噪音干擾敏感；而高頻勵磁恰恰 相反，抗干擾能力較強，但零點不穩(wěn)。這樣就造成了單一頻率的電磁只能用在特定的情況 下?，F(xiàn)有技術(shù)中電磁流量的勵磁方式主要以低頻矩形波勵磁為主，但是低頻矩形波勵磁在 抗流動噪聲和漿液噪聲方面并不理想，進行漿液測量時，測量精度和零點穩(wěn)定性往往達不 到用戶要求，使用中波動較大，抗干擾能力普遍較差影響測量精度。針對這一缺點，市場上 推出了幾種新的勵磁方式，如雙頻勵磁，頻率可調(diào)矩形波勵磁以及脈沖交流勵磁等，但其 對應不同噪聲干擾的響應速度較慢，同時成本也非常高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的采用低頻矩形波勵磁的電磁流量計抗干擾能力普遍較差， 進行漿液測量時，測量精度和零點穩(wěn)定性往往達不到用戶要求的問題，本發(fā)明的目的是提 供一種混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，通過混頻勵磁方式克服了普通勵磁的零點和噪音干擾問 題。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，包括處理器、處理器的輸出端與光電隔離電路的 輸入端連接、光電隔離電路的輸出端與數(shù)據(jù)恒流源電路的輸入端連接，數(shù)據(jù)恒流源電路的 輸出端與勵磁電路的輸入端相連接，還包括混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元，所述混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元的 輸入端與處理器的輸出端連接，混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元的輸出端與數(shù)據(jù)恒流源電路的輸入端連 接。所述數(shù)據(jù)恒流源電路包括傳感器勵磁線圈以及與傳感器勵磁線圈串接的采樣電 阻，采樣電阻的輸入端與第一放大器的負極輸入端相連，第一放大器正極輸入端與控制基 準電壓的高頻脈沖控制電子開關相連；第一放大器的輸出端與第二放大器的負極輸入端相 連，第二放大器的正極輸入端與勵磁電路的供電模塊相連；第二放大器輸出端與與門電路的輸入端相連，控制勵磁的低頻矩形波脈沖信號與與門電路的另一輸入端相連，與門電路 的輸出端通過反相器與電子開關電橋連接，電子開關電橋還與傳感器勵磁線圈的輸入端相 連。所述混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元包括控制器、混頻勵磁光電隔離電路以及勵磁開關，所述 控制器的輸入端與處理器的輸出端連接，所述混頻勵磁光電隔離電路的輸入端與控制器的 輸出端連接，所述勵磁開關的輸入端與混頻勵磁光電隔離電路的輸出端連接，勵磁開關的 輸出端與數(shù)據(jù)恒流源電路的輸入端連接。所述數(shù)據(jù)恒流源電路產(chǎn)生低頻信號以及高頻信號，所述低頻信號的周期以及高頻 信號的周期采用高低頻交替的方式產(chǎn)生混頻勵磁周期。所述低頻信號的頻率為6. 25Hz。所述高頻信號的頻率為50Hz。所述低頻信號的周期數(shù)為2. 5。所述高頻信號的周期數(shù)為1. 5。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明的混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，是通過處理器產(chǎn)生一 系列的方波脈沖信號控制混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元，混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生規(guī)律性的方波脈沖作 為勵磁信號實現(xiàn)提供給勵磁電路的數(shù)控恒流源；同時，處理器根據(jù)現(xiàn)場反饋來的流量信號， 經(jīng)過以最小二乘法為基準的優(yōu)化算法，來確定高頻和低頻兩種勵磁的大小和分別占用的時 間信號，經(jīng)過光電隔離電路的VF轉(zhuǎn)換，由此脈沖信號來控制混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元，再通過數(shù) 控恒流源電路實現(xiàn)兩種勵磁周期性交替出現(xiàn)混頻勵磁方式。當被測流體含雜質(zhì)多干擾大 時，可提高高頻分量；而當被測流體干擾小時，可降低高頻分量。通過軟件中的檢測干擾大 小的以最小二乘法為基準的優(yōu)化算法，根據(jù)流量波動越大，高頻的頻率越高，而且所占用的 時間也越多的原則，計算出最佳的頻率大小和時間比，從而實現(xiàn)自我調(diào)節(jié)勵磁電路。因此， 本發(fā)明的混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器能夠根據(jù)流體干擾情況自動調(diào)整高低頻率所占的比例， 具有對流體中出現(xiàn)的不同噪聲干擾反應速度快的優(yōu)點，且生產(chǎn)及維護成本較低。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中電磁流量計的工作原理圖；圖2是本發(fā)明的一種混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器的原理框圖；圖3是圖2中數(shù)據(jù)恒流源電路的電路圖；圖4是本發(fā)明的一種混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器的勵磁頻率示意圖；圖5是現(xiàn)有技術(shù)中的勵磁信號與本發(fā)明產(chǎn)生的混頻勵磁信號的對比示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實施例請參閱圖2所示本發(fā)明的一種混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，包括例如是德州儀器 出產(chǎn)的MSP430處理器11、處理器11的輸出端與光電隔離電路12的輸入端連接、光電隔離 電路12的輸出端與數(shù)據(jù)恒流源電路13的輸入端連接，數(shù)據(jù)恒流源電路13的輸出端與勵磁 電路14的輸入端相連接，還包括混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元15，混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元15的輸入端與處理器11的輸出端連接，混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元15的輸出端與數(shù)據(jù)恒流源電路13的輸入端連接。為了降低功耗提高效率，在恒流源電路中采用了如下圖3所示的數(shù)據(jù)恒流源電路 13。與模擬調(diào)整式恒流源電路相似，數(shù)據(jù)恒流源電路13也需要四只晶體管做電子開關電 橋，也有基準電壓源、采樣電阻和比較放大器等基本電路。傳感器勵磁線圈仍然接在接有電 子開關的電橋?qū)蔷€間。不過，為了分析方便，圖中只用K1表示四端電子開關電橋。數(shù)據(jù)恒 流源電路13包括傳感器勵磁線圈L以及與傳感器勵磁線圈L串接的采樣電阻R1，采樣電阻 R1的輸入端與第一放大器IC1的負極輸入端相連，第一放大器IC1的正極輸入端與控制基準 電壓的高頻脈沖控制電子開關K2相連；第一放大器IC1的輸出端與第二放大器IC2的負極 輸入端相連，第二放大器IC2的正極輸入端與勵磁電路的供電模塊相連；第二放大器IC2輸 出端與與門電路IC3的輸入端相連，控制勵磁的低頻矩形波脈沖信號與與門電路IC3的另一 輸入端相連，與門電路IC3的輸出端通過反相器IC4與電子開關電橋K1連接，電子開關電橋 K1還與傳感器勵磁線圈L的輸入端相連。當開關接通，電源Ec有電流I流過傳感器勵磁線 圈L和采樣電阻R1。一方面電流I流過傳感器線圈L產(chǎn)生工作磁場，導電流體流過傳感器 產(chǎn)生感應電動勢，另一方面電流流過采樣電阻Rl，在它的兩端形成反饋電壓U2。高頻脈沖 控制電子開關K2將穩(wěn)定的基準電壓調(diào)制為用以數(shù)字傳感器常數(shù)的參量的占空比nl = tl/ Tl的輸出基準脈沖電壓U1。將基準脈沖電壓Ul和反饋電壓U2同時加進比較放大器ICl 進行比較和放大，得到輸出直流電壓U3。輸出直流電壓U3又和加在比較放大器IC2同相端 的從勵磁電路的供電模塊獲得的一個三角波(電壓E2)比較，得到的輸出是用以數(shù)字調(diào)節(jié) 恒流源的參量占空比為n2 = t/T的矩形脈沖。占空比n2的矩形波脈沖與控制勵磁的低頻 矩形波脈沖UA同時進入與門電路IC3，輸出經(jīng)反相器IC4倒相，變?yōu)榈皖l調(diào)制的斷續(xù)高頻矩 形波脈沖，再去控制電子開關電橋Kl的接通和截止，這樣就構(gòu)成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。調(diào)制的 高頻矩形波脈沖被傳感器勵磁線圈L和電容濾去，流過傳感器勵磁線圈L的電流大小是與 基準電壓大小有關的低頻矩形波。通過設置占空比nl = tl/Tl的值，也就是修改tl和Tl 的值，即數(shù)字修改勵磁電流的大小。與模擬反饋的恒流源電路相比，數(shù)控恒流源效率高發(fā)熱 小。這是因為數(shù)控恒流源電路13工作在脈沖狀態(tài)，晶體管處于開關狀態(tài)下的導通電壓降在 IV以下，導通時的脈沖寬度又較窄，所以功率損失小器件不會產(chǎn)生很多熱量。同時利用改變 占空比nl的值，可以實現(xiàn)恒流大小的數(shù)字量設定，將勵磁控制與單片機聯(lián)系起來，實現(xiàn)電 磁流量計的智能測量?；祛l勵磁轉(zhuǎn)換單元15包括復雜可編程邏輯控制器151簡稱CPLD、混頻勵磁光電隔 離電路152以及勵磁開關153，復雜可編程邏輯控制器151的輸入端與MSP430處理器11的 輸出端連接，混頻勵磁光電隔離電路152的輸入端與MSP430控制器11的輸出端連接，勵磁 開關153的輸入端與混頻勵磁光電隔離電路152的輸出端連接，勵磁開關153的輸出端與 數(shù)據(jù)恒流源電路13的輸入端連接。混頻勵磁是通過軟硬件緊密結(jié)合產(chǎn)生的，MSP430處理器 11通過程序編程產(chǎn)生一系列的方波脈沖信號控制復雜可編程邏輯控制器CPLD151，由復雜 可編程邏輯控制器CPLD151產(chǎn)生規(guī)律性的方波脈沖作為勵磁信號，經(jīng)過混頻勵磁光電隔離 電路152加到數(shù)據(jù)恒流源電路13，實現(xiàn)提供給勵磁電路14的數(shù)控恒流源。同時，MSP430處 理器11根據(jù)現(xiàn)場反饋來的流量信號，經(jīng)過以最小二乘法為基準的優(yōu)化算法，來確定兩種勵 磁的大小和分別占用的時間信號，經(jīng)過混頻勵磁光電隔離電路152由此脈沖信號來控制勵磁開關153，再通過數(shù)控恒流源電路13實現(xiàn)兩種勵磁周期性交替出現(xiàn)的局面。數(shù)據(jù)恒流源 電路13產(chǎn)生低頻信號以及高頻信號，低頻信號的周期以及高頻信號的周期采用高低頻交 替的方式產(chǎn)生混頻勵磁周期。由此可見混頻勵磁即通過編程的方式，讓處理器根據(jù)現(xiàn)場的 實際情況智能選取，讓兩種不同頻率的勵磁周期性的交替運行而產(chǎn)生的新型勵磁方式。如 果選擇低頻6. 25HZ，高頻50HZ兩種頻率，通過兩者交替出現(xiàn)，低頻2. 5個周期，高頻1. 5個 周期，那么其勵磁頻率的波形如下圖4所示，其中橫坐標為時間t，縱坐標為幅度B。實際在 漿液情況下使用效果如圖5所示，其中，線A為普通勵磁測量出來的流量信號，而下方線B 則為混頻勵磁檢測出來的流量信號，通過對比可知線B的信號非常穩(wěn)定。
本技術(shù)領域中的普通技術(shù)人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的 目的，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變 化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，包括處理器、處理器的輸出端與光電隔離電路的輸 入端連接、光電隔離電路的輸出端與數(shù)據(jù)恒流源電路的輸入端連接，數(shù)據(jù)恒流源電路的輸 出端與勵磁電路的輸入端相連接，其特征在于還包括混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元，所述混頻勵磁轉(zhuǎn) 換單元的輸入端與處理器的輸出端連接，混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元的輸出端與數(shù)據(jù)恒流源電路的 輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述數(shù)據(jù)恒流源電 路包括傳感器勵磁線圈以及與傳感器勵磁線圈串接的采樣電阻，采樣電阻的輸入端與第一 放大器的負極輸入端相連，第一放大器正極輸入端與控制基準電壓的高頻脈沖控制電子開 關相連；第一放大器的輸出端與第二放大器的負極輸入端相連，第二放大器的正極輸入端 與勵磁電路的供電模塊相連；第二放大器輸出端與與門電路的輸入端相連，控制勵磁的低 頻矩形波脈沖信號與與門電路的另一輸入端相連，與門電路的輸出端通過反相器與電子開 關電橋連接，電子開關電橋還與傳感器勵磁線圈的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述混頻勵磁轉(zhuǎn)換 單元包括控制器、混頻勵磁光電隔離電路以及勵磁開關，所述控制器的輸入端與處理器的 輸出端連接，所述混頻勵磁光電隔離電路的輸入端與控制器的輸出端連接，所述勵磁開關 的輸入端與混頻勵磁光電隔離電路的輸出端連接，勵磁開關的輸出端與數(shù)據(jù)恒流源電路的 輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述數(shù)據(jù) 恒流源電路產(chǎn)生低頻信號以及高頻信號，所述低頻信號的周期以及高頻信號的周期采用高 低頻交替的方式產(chǎn)生混頻勵磁周期。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁流量計轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述低頻信號的頻率為 6.25Hz0
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述高頻信號的頻 率為50Hz。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述低頻信號的周 期數(shù)為2.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述高頻信號的周 期數(shù)為1.5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器，包括處理器、光電隔離電路、數(shù)據(jù)恒流源電路、勵磁電路以及混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元，處理器產(chǎn)生一系列的方波脈沖信號控制混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元，混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生規(guī)律性的方波脈沖作為勵磁信號實現(xiàn)提供給勵磁電路的數(shù)控恒流源。同時，處理器根據(jù)現(xiàn)場反饋來的信號，經(jīng)過優(yōu)化算法，來確定兩種勵磁的大小和分別占用的時間信號，經(jīng)過光電隔離電路，由此脈沖信號來控制混頻勵磁轉(zhuǎn)換單元，再通過數(shù)控恒流源電路實現(xiàn)兩種勵磁周期性交替出現(xiàn)的混頻勵磁方式。本發(fā)明的混頻勵磁電磁流量轉(zhuǎn)換器能夠根據(jù)流體干擾情況自動調(diào)整高低頻率所占的比例，具有對流體中出現(xiàn)的不同噪聲干擾反應速度快的優(yōu)點，且生產(chǎn)及維護成本較低。
文檔編號G01F1/58GK102128652SQ20111004269
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者何長松 申請人:上海天石測控設備有限公司