專(zhuān)利名稱：渦街流量計(jì)渦街信號(hào)放大法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦街流量計(jì)處理渦街信號(hào)的放大方法。
背景技術(shù)：
渦街流量信號(hào)具備以下特點(diǎn)1、信號(hào)頻譜寬，典型的信號(hào)頻譜從0.3HZ直到3500HZ，跨越13個(gè)倍頻程以上；2、量程比范圍大，達(dá)100∶1。渦街信號(hào)的強(qiáng)度正比于渦街信號(hào)頻率的平方，由此信號(hào)幅度的差異高達(dá)10000倍。渦街流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，因現(xiàn)場(chǎng)安裝精度及配管精度、直管段長(zhǎng)度不足導(dǎo)致信號(hào)頻譜中普遍存在較強(qiáng)的低頻(相對(duì)于渦街信號(hào))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(lèi)干擾信號(hào)覆蓋整個(gè)信號(hào)頻譜范圍。常規(guī)的渦街信號(hào)處理電路，參考圖1，根據(jù)渦街信號(hào)固有的幅頻特性，流量傳感器采集的信號(hào)經(jīng)電荷放大器后，采用頻率均衡器放大、限幅箝位放大的電路方式，將信號(hào)幅度放大到相同水平，以便后級(jí)電路進(jìn)行頻率檢測(cè)，再完成頻率與電流的轉(zhuǎn)換，這種傳統(tǒng)的信號(hào)處理方式僅可處理約10∶1量程范圍的渦街信號(hào)，對(duì)于實(shí)際可達(dá)100∶1的渦街信號(hào)，將因頻率均衡導(dǎo)致低頻干擾信號(hào)被大幅度放大，相反淹沒(méi)真正的渦街信號(hào)，令后級(jí)頻率檢測(cè)電路產(chǎn)生“漏波”現(xiàn)象，甚至將低頻干擾信號(hào)錯(cuò)誤地識(shí)別為流量信號(hào)，精度大幅度下降，而限幅電路本質(zhì)上的強(qiáng)烈非線性則導(dǎo)致信號(hào)諧波的大量產(chǎn)生，并令各頻率分量互調(diào)，使得信號(hào)頻譜劣化，干擾甚至破壞真實(shí)渦街信號(hào)頻率的拾取，降低渦街流量傳感器精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)的頻率均衡器放大加上軟限幅電路放大方式引起的低頻干擾信號(hào)淹沒(méi)真正渦街信號(hào)的問(wèn)題，提高實(shí)際產(chǎn)品的精度，擴(kuò)展渦街流量傳感器的量程比范圍，降低儀表現(xiàn)場(chǎng)安裝精度及配管精度、直管段長(zhǎng)度對(duì)于渦街流量傳感器精度影響，提高信噪比，主要改進(jìn)在于用恒定電平放大電路取代頻率均衡器放大與限幅箝位放大電路，實(shí)現(xiàn)寬頻帶、大動(dòng)態(tài)范圍、無(wú)振蕩的恒定電平輸出，參考圖2，對(duì)于實(shí)發(fā)的大信號(hào)沖擊有可靠的抑制作用，確保大信號(hào)沖擊下的輸出電平穩(wěn)定，以保護(hù)后做電路，具體是這樣實(shí)施的渦街流量計(jì)渦街信號(hào)放大法，其特征在于流量傳感器信號(hào)先經(jīng)電荷放大器模塊處理后，接入恒定電平放大模塊，以增益調(diào)整方式控制輸出電平恒定。
本發(fā)明的恒定電平放大模塊電路為電荷放大器模塊的輸出經(jīng)耦合電容C1、電阻R1接至運(yùn)放U1A的2腳，U1A的2腳與輸出1腳連接反饋電容C2和串接的反饋電阻R3、R4，U1A的3腳連接平衡電阻R2后接地，運(yùn)放U1A的輸出除提供給后序電路外，還接入在分壓電阻R7上，R7的另一端與分壓電阻R8一同接入二極管Q1的基極，R8另一端接地，Q1的發(fā)射極接地，集電極分別與R6、電容C4的正極、Q2的柵極相連，電阻R6的另一端連接電源正極，電容C4的負(fù)極連接中點(diǎn)，Q2漏極與R5、C3的正極相連，Q2的源極與電阻R5相連后接電源正極，電容C3的負(fù)極與電荷放大器模塊中的反饋電阻R3、R4分別相連。
參考圖3，流量傳感器信號(hào)自電容耦合后輸入進(jìn)入遠(yuǎn)放UIA，U1A為反相放大方式，放大后的信號(hào)輸出V0經(jīng)R7、R8構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)，送入Q1基極，當(dāng)V0小于VPP時(shí)，Q1基極電壓小于導(dǎo)通電壓，因而處于截止區(qū)，此時(shí)，Q2的柵極電平≈VCC，令Q2源一漏間導(dǎo)通，自R4反饋的信號(hào)大幅度衰減，U1負(fù)反饋量減小，增益增大，最高達(dá)1000倍，對(duì)應(yīng)于最小mV的輸入信號(hào)相反，當(dāng)V0大于V1P時(shí)，Q1基極導(dǎo)通，造成Q2柵極電壓下降，Q2承V0的增大向夾斷方向變化，減小對(duì)于負(fù)反饋的衰減，導(dǎo)致U1負(fù)反饋的增大，U1增益下降，最低可降至0.2倍，對(duì)應(yīng)于5VPP的最大輸入信號(hào)，最終將V0降至一恒定電平。對(duì)于實(shí)發(fā)大信號(hào)，Q1導(dǎo)通電阻急降，因Q1飽和狀態(tài)電阻極低，導(dǎo)致C4經(jīng)Q1急過(guò)放電，Q2源漏夾斷，U1增益正即下降，對(duì)于10KHz以內(nèi)信號(hào)而言，動(dòng)作周期足以滿足，V0輸出無(wú)波動(dòng)，電平保持恒定，由于Q1基極死區(qū)的存在，本電路確保無(wú)小信號(hào)時(shí)的振蕩產(chǎn)生。
本發(fā)明電路主要功耗源于U1、Q1、Q2，考慮本電路用于現(xiàn)場(chǎng)二線制4～20mA渦街流量傳感器內(nèi)，必須嚴(yán)格控制功耗，除簡(jiǎn)化電路外，還采用微功耗器件，U1選用靜態(tài)電流20mA的LMC6061定放，整個(gè)電路在±2.6供電電壓下，耗電流低于200mA，適于二線制儀表使用。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是1.針對(duì)渦街信號(hào)大動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)，采用恒定電平輸出的放大電路，放大器的增益自動(dòng)調(diào)整范圍高達(dá)70db，適用50∶1的量程比范圍，大大超出市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品10∶1的技術(shù)指標(biāo)，并且對(duì)于超過(guò)70dB的更大幅度的信號(hào)，也不產(chǎn)生可見(jiàn)的波形失真，因此不會(huì)對(duì)原始渦街頻譜產(chǎn)生不良影響，有利于后級(jí)電路的處理。
2.針對(duì)渦街信號(hào)中混雜的全信號(hào)頻譜范圍的噪聲信號(hào)，放大電路頻響平直覆蓋0.3～3.5KHz的范圍，令放大器輸出信號(hào)頻譜與原始信號(hào)相比不產(chǎn)生明顯變化，通帶頻響變化控制在±3db內(nèi)。
3.采用增益調(diào)整方式控制輸出電平恒定于1VPP，不產(chǎn)生可見(jiàn)失真，免因非線性產(chǎn)生新的噪聲信號(hào)，不對(duì)信號(hào)頻譜產(chǎn)生可見(jiàn)的劣化，從而避免信噪比的下降。
4.確保穩(wěn)定，避免AGC在超范圍小信號(hào)輸入時(shí)的振蕩現(xiàn)象。
5.考慮本電路用于現(xiàn)場(chǎng)二線制4～20mA渦街流量傳感器內(nèi)，嚴(yán)格控制功耗，電路簡(jiǎn)化并采用微功耗器件。
6.對(duì)于實(shí)發(fā)的大信號(hào)沖擊應(yīng)有可靠抑制作用，確保大信號(hào)沖擊下的輸出電平穩(wěn)定，以保護(hù)后做電路。
這種放大控制電路克服了已有技術(shù)的缺點(diǎn)，使得加工精度、配管精度、直管段長(zhǎng)度等問(wèn)題對(duì)渦街信號(hào)的影響大幅下降，檢測(cè)靈敏度抗振性能大大提高，對(duì)渦街流量計(jì)的廣泛應(yīng)用意義巨大。


圖1為傳統(tǒng)渦街信號(hào)處理電路構(gòu)成框圖；圖2為采用本發(fā)明構(gòu)成的渦街信號(hào)處理電路構(gòu)成框圖；圖3為本發(fā)明原理圖；圖4本發(fā)明電路信號(hào)與傳統(tǒng)電路信號(hào)輸出信號(hào)的頻譜圖(上圖為本發(fā)明的)；圖5為發(fā)明電路信號(hào)與傳統(tǒng)電路信號(hào)輸出信號(hào)的效果圖(上圖為本發(fā)明的)；圖6為發(fā)明電路信號(hào)與傳統(tǒng)電路信號(hào)輸出信號(hào)的波形圖(上圖為本發(fā)明的)。
具體實(shí)施例方式
渦街流量計(jì)渦街信號(hào)放大法，流量傳感器信號(hào)先經(jīng)電荷放大器模塊處理后，接入恒定電平放大模塊，以增益調(diào)整方式控制輸出電平恒定，經(jīng)頻率-電流轉(zhuǎn)換后輸出4～20mADC的電流信號(hào)供后序電路使用，其中恒定電平放大模塊的電路為電荷放大器模塊的輸出經(jīng)耦合電容C1、電阻R1接至運(yùn)放U1A的2腳，U1A的2腳與輸出1腳連接反饋電容C2和串接的反饋電阻R3、R4，U1A的3腳連接平衡電阻R2后接地，運(yùn)放U1A的輸出除提供給后序電路外，還接入在分壓電阻R7上，R7的另一端與分壓電阻R8一同接入二極管Q1的基極，R8另一端接地，Q1的發(fā)射極接地，集電極分別與R6、電容C4的正極、Q2的柵極相連，電阻R6的另一端連接電源正極，電容C4的負(fù)極連接中點(diǎn)，Q2漏極與R5、C3的正極相連，Q2的源極與電阻R5相連后接電源正極，電容C3的負(fù)極與電荷放大器模塊中的反饋電阻R3、R4分別相連。
為考慮本電路用于現(xiàn)場(chǎng)二線制4～20mA渦街流量傳感器內(nèi)，嚴(yán)格控制功耗，恒定電平放大模塊電路器件均采用微功耗器件。
權(quán)利要求
1.渦街流量計(jì)渦街信號(hào)放大法，其特征在于流量傳感器信號(hào)先經(jīng)電荷放大器模塊處理后，接入恒定電平放大模塊，以增益調(diào)整方式控制輸出電平恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦街流量計(jì)渦街信號(hào)放大法，其特征在于恒定電平放大模塊的電路為電荷放大器模塊的輸出經(jīng)耦合電容C1、電阻R1接至運(yùn)放U1A的2腳，U1A的2腳與輸出1腳連接反饋電容C2和串接的反饋電阻R3、R4，U1A的3腳連接平衡電阻R2后接地，運(yùn)放U1A的輸出除提供給后序電路外，還接入在分壓電阻R7上，R7的另一端與分壓電阻R8一同接入二極管Q1的基極，R8另一端接地，Q1的發(fā)射極接地，集電極分別與R6、電容C4的正極、Q2的柵極相連，電阻R6的另一端連接電源正極，電容C4的負(fù)極連接中點(diǎn)，Q2漏極與R5、C3的正極相連，Q2的源極與電阻R5相連后接電源正極，電容C3的負(fù)極與電荷放大器模塊中的反饋電阻R3、R4分別相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦街流量計(jì)渦街信號(hào)放大法，其特征在于恒定電平放大模塊電路器件采用微功耗器件。
全文摘要
渦街流量計(jì)渦街信號(hào)放大法，涉及一種渦街流量計(jì)處理渦街信號(hào)的放大方法，流量傳感器信號(hào)先經(jīng)電荷放大器模塊處理后，接入恒定電平放大模塊，以增益調(diào)整方式控制輸出電平恒定，這種放大法使得加工精度、配管精度、直管段長(zhǎng)度等問(wèn)題對(duì)渦街信號(hào)的影響大幅下降，檢測(cè)靈敏度抗振性能大大提高，對(duì)渦街流量計(jì)的廣泛應(yīng)用意義巨大。
文檔編號(hào)G01F15/00GK1912551SQ20061004097
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)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(qǐng)人:江蘇偉屹電子有限公司