專利名稱：渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路及其信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量計(jì)的技術(shù)，特別是涉及一種渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路及 其信號處理方法的技術(shù)。
背景技術(shù)：
渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，渦街流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì) 因測量氣液介質(zhì)不同，現(xiàn)場安裝精度及配管精度、直管段長度不足而導(dǎo)致信號頻譜中普遍 存在較強(qiáng)的低頻擾動(dòng)，其它如流動(dòng)噪音、共振干擾、管道機(jī)械振動(dòng)等各類干擾信號覆蓋整個(gè) 信號頻譜范圍。由于渦街流量信號具備信號頻譜寬、最程比范圍大以及渦街信號的強(qiáng)度正 比于渦街信號頻率的平方的特點(diǎn)，因此信號幅度的差異高達(dá)10000倍。如圖3所示，傳統(tǒng)的渦街信號處理電路都根據(jù)渦街信號固有的幅頻特性，流量傳 感器采集的信號經(jīng)電荷放大器后，采用一階濾波放大、限幅放大的電路方式，將信號幅度放 大到相同水平，以便后級電路進(jìn)行頻率檢測。這種傳統(tǒng)的渦街信號處理電路處理1 100 量程范圍的渦街信號時(shí)，會(huì)由于濾波頻率固定而導(dǎo)致低頻干擾信號被大幅度放大，使得真 正的渦街信號被淹沒，從而導(dǎo)致后級頻率檢測電路產(chǎn)生“丟波”或“削波”現(xiàn)象，甚至將低頻 干擾信號錯(cuò)誤地識別為流量信號，導(dǎo)致渦街信號的精度大幅下降，而且限幅電路本質(zhì)上的 強(qiáng)烈非線性則會(huì)導(dǎo)致信號諧波的大量產(chǎn)生，并令各頻率分量互調(diào)，使得信號頻譜劣化、干擾 甚至破壞真實(shí)渦街信號頻率的拾取，也會(huì)降低渦街信號的精度。因此，傳統(tǒng)的渦街信號處理 電路僅可處理約1 5量程范圍的渦街信號，從而限制了其應(yīng)用，不能直正實(shí)現(xiàn)全口徑精確 測量。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種量程范 圍大、抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高，能實(shí)現(xiàn)全口徑精確測量的渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理 電路及其信號處理方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電 路，包括渦街流量傳感器，其特征在于還包括可變頻率增益濾波芯片、施密特觸發(fā)器、電平 轉(zhuǎn)換三極管、第一整形芯片、第二整形芯片、鎖相環(huán)芯片和計(jì)數(shù)器；所述可變頻率增益濾波芯片設(shè)有信號輸入端、信號輸出端和時(shí)鐘輸入端；所述鎖相環(huán)芯片設(shè)有信號輸入端、信號輸出端和比相輸入端；所述計(jì)數(shù)器設(shè)有信號輸入端和分頻信號輸出端；所述渦街流量傳感器的輸出信號分成兩路，其中一路經(jīng)濾波反饋放大電路接入可 變頻率增益濾波芯片的信號輸入端，另一路依次經(jīng)施密特觸發(fā)器、電平轉(zhuǎn)換三極管、第一整 形芯片接入鎖相環(huán)芯片的信號輸入端；所述鎖相環(huán)芯片的信號輸出端連接計(jì)數(shù)器的信號輸入端，并經(jīng)第二整形芯片連接 可變頻率增益濾波器的時(shí)鐘輸入端，所述計(jì)數(shù)器的分頻信號輸出端接到鎖相環(huán)芯片的比相輸入端。本發(fā)明所提供的渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路的信號處理方法，其特征在于利用渦街流量傳感器采集渦街信號，并將所采集的渦街信號分兩路輸出，第一路渦街信 號經(jīng)濾波反饋放大電路輸入可變頻率增益濾波芯片，第二路渦街信號先經(jīng)施密特觸發(fā)器轉(zhuǎn) 換成方波信號，再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換三極管進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、經(jīng)第一整形芯片進(jìn)行整形處理后輸入 鎖相環(huán)芯片，然后再由鎖相環(huán)芯片和計(jì)數(shù)器進(jìn)行倍頻處理后轉(zhuǎn)換為倍頻方波，然后再經(jīng)第 二整形芯片進(jìn)行整形處理后接到可變頻率增益濾波器的時(shí)鐘輸入端，可變頻率增益濾波芯 片根據(jù)接收到的倍頻方波自適應(yīng)改變處理第一路渦街信號的濾波中心頻率和增益，并通過 其信號輸出端輸出處理后渦街信號。本發(fā)明提供的渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路及其信號處理方法，將渦街信號 分成兩路，第一路作為可變頻率增益濾波芯片的輸入，第二路通過施密特觸發(fā)器、電平轉(zhuǎn)換 三極管、第一整形芯片、鎖相環(huán)芯片和計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為與第一路信號的頻率及信號強(qiáng)度相對 應(yīng)的控制信號控制可變頻率增益濾波芯片的濾波中心頻率和增益，針對不同口徑不同介質(zhì) 的全信號頻譜范圍的噪聲信號，可變頻率增益濾波芯片的濾波中心頻率能從IHZ至3KHz的 范圍內(nèi)自適應(yīng)的調(diào)整，不會(huì)導(dǎo)致低頻干擾信號被大幅度放大，能避免后級頻率檢測電路產(chǎn) 生“丟波”或“削波”現(xiàn)象，電路輸出信號頻譜與原始信號相比不會(huì)產(chǎn)生明顯變化，而且針對 不同強(qiáng)度的信號，可變頻率增益濾波芯片能自適應(yīng)調(diào)整輸出電平，能避免信噪比的下降，確 保信號穩(wěn)定；因此，本發(fā)明具有量程范圍大、抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)全口 徑精確測量。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路的電路圖；圖3是現(xiàn)有的渦街信號處理電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限 制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1-圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電 路，包括渦街流量傳感器F、可變頻率增益濾波芯片U3_F、施密特觸發(fā)器U4_FA、電平轉(zhuǎn)換三 極管Q1_F、第一整形芯片TO_FA、第二整形芯片TO_FF、鎖相環(huán)芯片U1_F和計(jì)數(shù)器U2_F ；所述可變頻率增益濾波芯片有信號輸入端(管腳2、3、4)、信號輸出端(管 腳13、14、15)、時(shí)鐘輸入端(管腳9)和控制電壓輸入端(管腳11)；所述鎖相環(huán)芯片U1_F設(shè)有信號輸入端(管腳14)、信號輸出端(管腳4)和比相輸 入端(管腳3)；所述計(jì)數(shù)器U2_F設(shè)有信號輸入端(管腳1)和分頻信號輸出端(管腳14)；所述渦街流量傳感器F的輸出信號分成兩路，其中一路經(jīng)由電阻R12_F、R13_F、 R14_F組成的濾波反饋放大電路接入可變頻率增益濾波芯片U3_F的信號輸入端(管腳2、 3、4)，另一路依次經(jīng)施密特觸發(fā)器U4_FA、電平轉(zhuǎn)換三極管Q1_F、第一整形芯片接入鎖相環(huán)芯片U1_F的信號輸入端(管腳14)；所述鎖相環(huán)芯片U1_F的信號輸出端(管腳4)連接計(jì)數(shù)器U2_F的信號輸入端(管 腳1)，并經(jīng)第二整形芯片連接可變頻率增益濾波器U3_F的時(shí)鐘輸入端(管腳9)，所 述計(jì)數(shù)器U2_F的分頻信號輸出端(管腳14)接到鎖相環(huán)芯片U1_F的比相輸入端(管腳 3)；所述可變頻率增益濾波芯片U3_F經(jīng)其信號輸出端(管腳13、14、15)輸出處理后 的渦街信號Fout，而且其信號輸出端(管腳13、14、15)接有由電阻附5_ 、1 17_ 、1 16_ 組 成的濾波反饋放大電路，其控制電壓輸入端(管腳11)經(jīng)分壓電阻附8_ 連接電源VCC，并 經(jīng)分壓電阻R19_F和退藕濾波電容C4_F連接電平轉(zhuǎn)換三極管Q1_F的發(fā)射極；本發(fā)明實(shí)施例中，所述鎖相環(huán)芯片U1_F的型號為MC14046，所述計(jì)數(shù)器U2_F的型 號為⑶4158，所述施密特觸發(fā)器U4_FA是型號為TL062A⑶的運(yùn)放芯片；本發(fā)明實(shí)施例所提供的渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路的信號處理方法，其特 征在于利用渦街流量傳感器F采集渦街信號，并將所采集的渦街信號分兩路輸出，第一路 渦街信號經(jīng)濾波反饋放大電路輸入可變頻率增益濾波芯片U3_F，第二路渦街信號先經(jīng)施密 特觸發(fā)器U4_FA轉(zhuǎn)換成方波信號，再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換三極管Q1_F進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后成為0至Vcc 的方波，然后再經(jīng)第一整形芯片U5_FA進(jìn)行整形處理后輸入鎖相環(huán)芯片U1_F，然后再由鎖 相環(huán)芯片U1_F和計(jì)數(shù)器U2_F進(jìn)行倍頻處理后轉(zhuǎn)換為100倍頻方波，然后再經(jīng)第二整形芯 片進(jìn)行整形處理后接到可變頻率增益濾波器U3_F的時(shí)鐘輸入端，可變頻率增益濾波 芯片U3_F根據(jù)接收到的100倍頻方波自適應(yīng)改變處理第一路渦街信號的濾波中心頻率和 增益，并通過其信號輸出端(管腳13、14、15)輸出處理后渦街信號Fout。
權(quán)利要求
一種渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路，包括渦街流量傳感器，其特征在于還包括可變頻率增益濾波芯片、施密特觸發(fā)器、電平轉(zhuǎn)換三極管、第一整形芯片、第二整形芯片、鎖相環(huán)芯片和計(jì)數(shù)器；所述可變頻率增益濾波芯片設(shè)有信號輸入端、信號輸出端和時(shí)鐘輸入端；所述鎖相環(huán)芯片設(shè)有信號輸入端、信號輸出端和比相輸入端；所述計(jì)數(shù)器設(shè)有信號輸入端和分頻信號輸出端；所述渦街流量傳感器的輸出信號分成兩路，其中一路經(jīng)濾波反饋放大電路接入可變頻率增益濾波芯片的信號輸入端，另一路依次經(jīng)施密特觸發(fā)器、電平轉(zhuǎn)換三極管、第一整形芯片接入鎖相環(huán)芯片的信號輸入端；所述鎖相環(huán)芯片的信號輸出端連接計(jì)數(shù)器的信號輸入端，并經(jīng)第二整形芯片連接可變頻率增益濾波器的時(shí)鐘輸入端，所述計(jì)數(shù)器的分頻信號輸出端接到鎖相環(huán)芯片的比相輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路的信號處理方法，其特征 在于利用渦街流量傳感器采集渦街信號，并將所采集的渦街信號分兩路輸出，第一路渦街 信號經(jīng)濾波反饋放大電路輸入可變頻率增益濾波芯片，第二路渦街信號先經(jīng)施密特觸發(fā)器 轉(zhuǎn)換成方波信號，再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換三極管進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、經(jīng)第一整形芯片進(jìn)行整形處理后輸 入鎖相環(huán)芯片，然后再由鎖相環(huán)芯片和計(jì)數(shù)器進(jìn)行倍頻處理后轉(zhuǎn)換為倍頻方波，然后再經(jīng) 第二整形芯片進(jìn)行整形處理后接到可變頻率增益濾波器的時(shí)鐘輸入端，可變頻率增益濾波 芯片根據(jù)接收到的倍頻方波自適應(yīng)改變處理第一路渦街信號的濾波中心頻率和增益，并通 過其信號輸出端輸出處理后渦街信號。
全文摘要
一種渦街流量計(jì)的自適應(yīng)信號處理電路及其信號處理方法，涉及流量計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是擴(kuò)展量程范圍，提高抗干擾能力及測量精度的技術(shù)問題。該電路包括渦街流量傳感器、可變頻率增益濾波芯片、施密特觸發(fā)器、電平轉(zhuǎn)換三極管、第一整形芯片、第二整形芯片、鎖相環(huán)芯片和計(jì)數(shù)器；所述渦街流量傳感器的輸出信號分成兩路，其中一路輸入可變頻率增益濾波芯片，另一路依次經(jīng)施密特觸發(fā)器、電平轉(zhuǎn)換三極管、第一整形芯片輸入鎖相環(huán)芯片，再由鎖相環(huán)芯片和計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為倍頻方波輸入可變頻率增益濾波器的時(shí)鐘輸入端，可變頻率增益濾波芯片根據(jù)接收到的倍頻方波自適應(yīng)改變?yōu)V波中心頻率和增益。本發(fā)明提供的電路和方法，能實(shí)現(xiàn)全口徑精確測量。
文檔編號G01F1/32GK101825485SQ20101016829
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者王亞勝 申請人:上?？咸貎x表股份有限公司