基于DSP的高頻勵(lì)磁電磁流量變送器硬件研制.pdf

1、電磁流量計(jì)基于電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作,常用于水流量和漿液流量的測(cè)量。采用低頻方波的勵(lì)磁方式來(lái)測(cè)量水流量時(shí),傳感器的輸出信號(hào)穩(wěn)定,變送器測(cè)量精度高。但是,當(dāng)測(cè)量漿液流量時(shí),國(guó)內(nèi)仍存在以下問(wèn)題:
　　(1)漿液中的固體顆粒劃過(guò)傳感器電極時(shí),電極表面的極化電壓發(fā)生突變,從而導(dǎo)致傳感器的輸出信號(hào)波動(dòng)較大。分析漿液噪聲特點(diǎn),得知該噪聲的幅值頻率特性符合1/f噪聲的特性,即傳感的輸出信號(hào)頻率越低,漿液噪聲的影響越大。因此,可通過(guò)提高勵(lì)磁頻率來(lái)降

2、低漿液噪聲干擾,但是目前國(guó)內(nèi)勵(lì)磁技術(shù),勵(lì)磁頻率仍然較低,無(wú)法克服漿液噪聲干擾。
　　(2)電磁流量計(jì)傳感器的輸出信號(hào),本身幅值非常微弱,且由于管道內(nèi)測(cè)量介質(zhì)的導(dǎo)電率一般較低,輸出阻抗很高,在測(cè)量漿液流量時(shí),導(dǎo)電率較之于純水更低,因此信號(hào)獲取較難。目前,國(guó)內(nèi)電磁流量計(jì)的信號(hào)調(diào)理模塊的信號(hào)獲取能力較差,調(diào)理采集精度不高,無(wú)法滿足準(zhǔn)確測(cè)量漿液流量的要求。
　　(3)不同于水流量,針對(duì)漿液流量的處理算法,數(shù)據(jù)量更大,程序更為復(fù)雜,這

3、就要求數(shù)字信號(hào)處理模塊要有足夠快的運(yùn)算速度。而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電磁流量計(jì),仍大多采用運(yùn)算速度較慢的單片機(jī)進(jìn)行處理,無(wú)法滿足漿液信號(hào)的高速運(yùn)算需要。
　　針對(duì)國(guó)內(nèi)漿液測(cè)量中存在的問(wèn)題,本文研制基于DSP的高頻勵(lì)磁電磁流量變送器硬件。
　　(1)研制高頻勵(lì)磁模塊。通過(guò)采用高低壓切換勵(lì)磁的方式,引入電流旁路電路,來(lái)改進(jìn)電磁流量變送器的勵(lì)磁電路,以加快方波勵(lì)磁時(shí)勵(lì)磁電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間,從而進(jìn)一步提高勵(lì)磁頻率,以降低漿液噪聲干擾。同時(shí),為了

4、提高勵(lì)磁模塊的能量利用率,設(shè)計(jì)能量回饋電路,降低勵(lì)磁模塊的發(fā)熱,改善了系統(tǒng)性能。
　　(2)研制信號(hào)調(diào)理采集模塊。根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)具有高輸入阻抗的前置差分放大電路,保證漿液測(cè)量時(shí),模塊能夠很好地獲取并放大傳感器的輸出信號(hào)。為了去除噪聲,采用具有多反饋結(jié)構(gòu)的4階巴特沃斯低通濾波電路進(jìn)行濾波。為了保證獲取信號(hào)的精度,采用高精度A/D轉(zhuǎn)換器,對(duì)調(diào)理過(guò)后的信號(hào)進(jìn)行采樣。
　　(3)研制數(shù)字信號(hào)處理與控制模塊。為了能夠滿