專利名稱：一種渦街流量計(jì)振動(dòng)干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦街流量計(jì)振動(dòng)干擾的抑制方法，特別適用于渦街流量計(jì)的抗機(jī)械振動(dòng)干擾和其它儀表內(nèi)部的抗機(jī)械振動(dòng)干擾的處理。
背景技術(shù)：
目前生產(chǎn)的應(yīng)變式渦街流量計(jì)的抗振動(dòng)干擾設(shè)計(jì)，主要分為三種，第一種是采用差動(dòng)放大方式，通過傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)令渦街流量信號(hào)成為差動(dòng)信號(hào)，而現(xiàn)場的機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的一部分呈現(xiàn)為共模信號(hào)，正好被差動(dòng)工作方式的壓電陶瓷所抵消，采用差動(dòng)晶體相疊加方式對(duì)共模的振動(dòng)進(jìn)行抑制的方式對(duì)封裝工藝要求高，晶體各種參數(shù)要求也非常嚴(yán)格，要求兩個(gè)晶體在完成封裝、安裝后機(jī)電特性一致，從而實(shí)現(xiàn)電荷信號(hào)的幅頻、相位特性完全一致，方可提供干擾抑制實(shí)效，實(shí)際難于實(shí)現(xiàn)。第二種，分別檢測振動(dòng)信號(hào)或振動(dòng)信號(hào)和流量信號(hào)的合成，然后通過電路相減，這種形式除了能解決第一種方式中兩個(gè)傳感器對(duì)于干擾信號(hào)拾取的靈敏度差異問題外，對(duì)于傳感器機(jī)電特性的一致性提出同樣高的要求，同樣難于實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中基本上難于見到可見的振動(dòng)干擾抑制效果，甚至因相位差異造成某些頻點(diǎn)的干擾信號(hào)相反被增強(qiáng)。第三種，采用現(xiàn)代頻譜分析處理技術(shù)、濾波技術(shù)來抑制振動(dòng)干擾，由于運(yùn)算速率與功耗間的突出矛盾難于克服，無法提供所需精度下的信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性，與實(shí)際推廣應(yīng)用還有一定的差距，實(shí)際使用效果也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種新型的渦街流量計(jì)振動(dòng)干擾的抑制技術(shù)，使它既包括已有流量計(jì)抗振技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又能克服已有技術(shù)的不足，獲得可靠的抗振效果，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)時(shí)性好，通用性強(qiáng)，功耗低，滿足實(shí)際二線制渦街流量計(jì)產(chǎn)品所需，主要?jiǎng)?chuàng)新在于運(yùn)用電子信號(hào)處理進(jìn)行干擾抑制，對(duì)機(jī)械振動(dòng)干擾的檢測元件與流量檢測傳感器無特性匹配要求，具體是這樣實(shí)施的一種渦街流量計(jì)振動(dòng)干擾抑制方法，其特征在于將檢測到的流量傳感器的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，取出對(duì)于流量信號(hào)產(chǎn)生最大干擾的振動(dòng)干擾頻率，用于控制Q值可調(diào)陷波器中心頻率，抑制混雜于流量信號(hào)中的干擾信號(hào)。
本發(fā)明的實(shí)施方式為，參考圖1①將混有機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的流量檢測傳感器輸出信號(hào)經(jīng)電荷放大器放大，送給中心頻率及Q值可控的電壓可調(diào)諧陷波器；②將振動(dòng)干擾檢測傳感器輸出信號(hào)經(jīng)電荷放大、濾波放大、箝位限幅放大，經(jīng)F-V轉(zhuǎn)換，把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓信號(hào)。
③用振動(dòng)頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化出的電壓信號(hào)，即取出對(duì)于流量信號(hào)產(chǎn)生最大干擾的振動(dòng)干擾頻率，去控制送給中心頻率及Q值可控的電壓可調(diào)諧陷波器，動(dòng)態(tài)控制電壓可調(diào)諧陷波器陷波中心頻率，達(dá)到抑制振動(dòng)的目的，同時(shí)通過調(diào)整Q值，實(shí)現(xiàn)干擾抑制率的調(diào)整。
本發(fā)明中，混有機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的流量檢測傳感器輸出信號(hào)經(jīng)電荷放大后，采用一個(gè)二階有源低通濾波電路；箝位限幅放大采用具有限幅功能的有源濾波器，由一個(gè)一階高通濾波器和一個(gè)可變的低通濾波器組成；F-V轉(zhuǎn)換模塊中置有施密特觸發(fā)器，信號(hào)經(jīng)施密特觸發(fā)器整形轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；放大后的信號(hào)經(jīng)F-V轉(zhuǎn)換后，再用一個(gè)一階低通濾波電路放大，通過電壓反向器的電壓信號(hào)輸給電壓可調(diào)諧陷波器，電壓可調(diào)諧陷波器由一個(gè)場效應(yīng)管組成的中心頻率調(diào)節(jié)器和3個(gè)FET運(yùn)放組成。
本發(fā)明所述的方法，抑制效果好，頻譜抑制能力強(qiáng)，對(duì)于振動(dòng)干擾信號(hào)的檢測無相位及幅頻特性要求，也不要求干擾檢測傳感器與流量傳感器對(duì)于振動(dòng)干擾檢測的一致性，大幅度降低傳感器制造的工藝、精度要求，具備顯著的實(shí)用價(jià)值，檢測電路工作穩(wěn)定、可靠，全采用硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，線性度高，線路的器件敏感度低，生產(chǎn)方便，可以廣泛應(yīng)用于受現(xiàn)場振動(dòng)影響比較大的現(xiàn)場儀表的抗振動(dòng)干擾設(shè)計(jì)，是一種可靠有效的將渦街流量傳感器所檢測到微弱頻率信號(hào)中振動(dòng)干擾信號(hào)進(jìn)行有效抑制的信號(hào)處理方法。


圖1為本發(fā)明的方框圖。
圖2為本發(fā)明的電路圖。
具體實(shí)施例方式
一種渦街流量計(jì)振動(dòng)干擾抑制方法，首先將混有機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的流量檢測傳感器輸出信號(hào)經(jīng)電荷放大器放大，送給中心頻率及Q值可控的電壓可調(diào)諧陷波器，同時(shí)將振動(dòng)干擾檢測傳感器輸出信號(hào)經(jīng)電荷放大、濾波放大、箝位限幅放大，經(jīng)F-V轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為控制電壓信號(hào)，去控制送給中心頻率及Q值可控的壓控陷波器，動(dòng)態(tài)控制壓控陷波器中心頻率，達(dá)到抑制振動(dòng)的目的，同時(shí)通過調(diào)整Q值，實(shí)現(xiàn)干擾抑制率的調(diào)整。參考電路圖，振動(dòng)信號(hào)傳感器XT，檢測管道的振動(dòng)，把振動(dòng)信號(hào)由機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再采用電荷放大器U1D對(duì)振動(dòng)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)阻抗變換，同時(shí)進(jìn)行預(yù)放大，電荷放大器選用高輸入阻抗的MOS型遠(yuǎn)放，C1、C2為隔離電容，R1、R2為輸入電阻，C3為反饋電容，R3為反饋電阻，防止積分飽和，C4、R4用于輸入平衡。為了消除或減少電路噪聲和其他干擾對(duì)振動(dòng)測量的影響，還需要使用低通和高通濾波電路，所以，采用U1B和U1C兩個(gè)運(yùn)算放大器組成兩級(jí)有源放大濾波電路。第一級(jí)為一個(gè)具有固定增益的低通濾波器。主要由運(yùn)算放大器U1B組成，其是一個(gè)多重反饋結(jié)構(gòu)的二階有源低通濾波電路，在通帶內(nèi)的增益為R6/R5，轉(zhuǎn)折頻率及Q值由R5、R6、C7、R8、C6決定。第二級(jí)為一個(gè)具有限幅功能的有源濾波器，該濾波器由一個(gè)一階高通濾波器和一個(gè)可變的二階低通濾波器組成。高通截止頻率由C8、R9和R11決定。低通濾波的截止頻率由R9、C9、R10、R11、R12、C10共同決定。在信號(hào)幅度較小時(shí)，整個(gè)有源濾波器在通帶內(nèi)的增益為-R12/(R11+R9)；當(dāng)輸入信號(hào)幅度大時(shí)，二級(jí)管導(dǎo)通后，輸出電壓幅度為-(Vd+Vin×R10/R9)，這里的Vd為二級(jí)管正向壓降；Vin為上一級(jí)的輸出電壓。為了能夠控制濾波器，還需將振動(dòng)頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，這就是F-V的轉(zhuǎn)換，信號(hào)先經(jīng)F-V轉(zhuǎn)換模塊中施密特觸發(fā)器整形轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。U1C的輸出信號(hào)直接輸入到U3的輸入端。當(dāng)U3輸出為低電平時(shí)，U3的4端接至遠(yuǎn)放的“虛地”端。在一個(gè)周期內(nèi)平均放電電流為I＝Q/T＝UccC11f，輸出電壓＝-IR＝-UccRC11f，U1A為直流放大電路，是一個(gè)一階低通濾波電路放大，R14、Rw1為反饋電阻，C13為反饋電容，C12為濾波電容，C12、C13起平滑濾波作用。U1A的輸出電壓送到由U2A組成的電壓反向器，U2A組成的電壓反向器的輸出電壓輸出到電壓可調(diào)諧陷波器的場效應(yīng)管Q的柵極。
電壓可調(diào)諧陷波器，由1個(gè)場效應(yīng)管組成的中心頻率調(diào)節(jié)器，3個(gè)FET運(yùn)放組成。場效應(yīng)管的作用是起調(diào)整陷波的中心頻率。當(dāng)輸出入信號(hào)的頻率等于此外界電壓所控制的中心頻率時(shí)，就把此頻率抑制到最小。Rw2用于調(diào)整陷波深度，陷波深度大于50dB，U2C和U2B組成為積分器，直流增益可達(dá)2500倍，U2D運(yùn)放組成為求和電路。輸入流量信號(hào)Vi與本電路的電阻R17、R19、R23、R28連接點(diǎn)相連接，C14、R17為反饋電阻電容，起濾波作用，R16為輸入電阻，R18為平衡電阻，通過R19連接到運(yùn)放U2C，C14積分電容，R17另一端接信號(hào)地，R20為輸入平衡，U2C的輸出經(jīng)中心頻率調(diào)節(jié)器后輸出給第二個(gè)由U2B組成的積分器，U2C的輸出與C14、R31連接，R31、R21、R32連接后接場效應(yīng)管Q的漏極，Q的源極接信號(hào)地，Q的柵極與R16相連，R32與C16相連后并接在Q的漏極與柵極之間，R21、R23、R22、C15相連后接運(yùn)放U2B的6腳，R24為U2B的輸入平衡，C15為積分電容，R22與RW2的調(diào)節(jié)端相連，U2B的輸出7腳分別與電位器RW2、R25相連，R25、R27、R26相連，R27另一端接信號(hào)地，R26、R28、R29接求和放大器U2D的13腳，R30為U2D的輸入平衡，R29為U2D的反饋電阻，并把U2D的輸出經(jīng)R18反饋到信號(hào)輸入端。
權(quán)利要求
1.一種渦街流量計(jì)振動(dòng)干擾抑制方法，其特征在于將檢測到的流量傳感器的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，取出對(duì)于流量信號(hào)產(chǎn)生最大干擾的振動(dòng)干擾頻率，用于控制Q值可調(diào)陷波器中心頻率，抑制混雜于流量信號(hào)中的干擾信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)干擾抑制方法，其特征在于①將混有機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的流量檢測傳感器輸出信號(hào)經(jīng)電荷放大器放大，送給中心頻率及Q值可控的電壓可調(diào)諧陷波器；②將振動(dòng)干擾檢測傳感器輸出信號(hào)經(jīng)電荷放大、濾波放大、箝位限幅放大、經(jīng)F-V轉(zhuǎn)換，把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電壓信號(hào)。③用振動(dòng)頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化出的電壓信號(hào)，即取出對(duì)于流量信號(hào)產(chǎn)生最大干擾的振動(dòng)干擾頻率，去控制送給中心頻率及Q值可控的電壓可調(diào)諧陷波器，動(dòng)態(tài)控制電壓可調(diào)諧陷波器陷波中心頻率，達(dá)到抑制振動(dòng)的目的，同時(shí)通過調(diào)整Q值，實(shí)現(xiàn)干擾抑制率的調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)干擾抑制方法，其特征在于混有機(jī)械振動(dòng)干擾信號(hào)的流量檢測傳感器輸出信號(hào)經(jīng)電荷放大后，采用一個(gè)二階有源低通濾波電路放大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)干擾抑制方法，其特征在于箝位限幅放大采用具有限幅功能的有源濾波器，由一個(gè)一階高通濾波器和一個(gè)可變的低通濾波器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)干擾抑制方法，其特征在于F-V轉(zhuǎn)換模塊中置有施密特觸發(fā)器，信號(hào)經(jīng)施密特觸發(fā)器整形轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)干擾抑制方法，其特征在于放大后的信號(hào)經(jīng)F-V轉(zhuǎn)換后，再用一個(gè)一階低通濾波電路放大，通過電壓反向器的電壓信號(hào)輸給電壓可調(diào)諧陷波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)干擾抑制方法，其特征在于電壓可調(diào)諧陷波器由一個(gè)場效應(yīng)管組成的中心頻率調(diào)節(jié)器和3個(gè)FET運(yùn)放組成。
全文摘要
一種渦街流量計(jì)振動(dòng)干擾抑制方法，適用于渦街流量計(jì)的抗機(jī)械振動(dòng)干擾和其它儀表內(nèi)部的抗機(jī)械振動(dòng)干擾的處理，將檢測到的流量傳感器的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，取出對(duì)于流量信號(hào)產(chǎn)生最大干擾的振動(dòng)干擾頻率，用于控制Q值可調(diào)陷波器中心頻率，抑制混雜于流量信號(hào)中的干擾信號(hào)，本發(fā)明方法抑制效果好，頻譜抑制能力強(qiáng)，對(duì)于振動(dòng)干擾信號(hào)的檢測無相位及幅頻特性要求，也不要求干擾檢測傳感器與流量傳感器對(duì)于振動(dòng)干擾檢測的一致性，大幅度降低傳感器制造的工藝、精度要求，具備顯著的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01F15/00GK1912550SQ200610040970
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者唐賢昭 申請人:江蘇偉屹電子有限公司