专利名称：一种混频励磁电磁流量转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁流量计的励磁技术，更具体地说，是涉及一种混频励磁电磁流量 转换器。
背景技术：
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律来测量导电性液体体积流量的仪表，它可 在层流、紊流、脉动流量以及产生流线振动等情况下对流体进行流量测量。如图1所示电 磁流量计在工作时，流体通过时切割磁力线产生微弱的电信号，此信号不仅非常的微弱，而 且混合了各种干扰信号，他们共同组成含噪音的原始信号1，原始信号1经过差分放大器2 的初步放大电路进行放大，然后与励磁电路9分别经过高频采样3和低频采样4得到采样 信号，采样信号分别经过高通滤波5和低通滤波6，得到一个高频的信号和一个低频的信 号，经过处理后由CPU来优化处理，从而得到稳定而准确的流量信号8。而电磁流量计的测 量精度和零点稳定性与所采用的励磁方式有很大关系，目前电磁流量计的励磁方式主要有 低频励磁和高频励磁两种，低频励磁具有稳定的零点，但对噪音干扰敏感；而高频励磁恰恰 相反，抗干扰能力较强，但零点不稳。这样就造成了单一频率的电磁只能用在特定的情况 下。现有技术中电磁流量的励磁方式主要以低频矩形波励磁为主，但是低频矩形波励磁在 抗流动噪声和浆液噪声方面并不理想，进行浆液测量时，测量精度和零点稳定性往往达不 到用户要求，使用中波动较大，抗干扰能力普遍较差影响测量精度。针对这一缺点，市场上 推出了几种新的励磁方式，如双频励磁，频率可调矩形波励磁以及脉冲交流励磁等，但其 对应不同噪声干扰的响应速度较慢，同时成本也非常高。
发明内容
针对现有技术中存在的采用低频矩形波励磁的电磁流量计抗干扰能力普遍较差， 进行浆液测量时，测量精度和零点稳定性往往达不到用户要求的问题，本发明的目的是提 供一种混频励磁电磁流量转换器，通过混频励磁方式克服了普通励磁的零点和噪音干扰问 题。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下一种混频励磁电磁流量转换器，包括处理器、处理器的输出端与光电隔离电路的 输入端连接、光电隔离电路的输出端与数据恒流源电路的输入端连接，数据恒流源电路的 输出端与励磁电路的输入端相连接，还包括混频励磁转换单元，所述混频励磁转换单元的 输入端与处理器的输出端连接，混频励磁转换单元的输出端与数据恒流源电路的输入端连 接。所述数据恒流源电路包括传感器励磁线圈以及与传感器励磁线圈串接的采样电 阻，采样电阻的输入端与第一放大器的负极输入端相连，第一放大器正极输入端与控制基 准电压的高频脉冲控制电子开关相连；第一放大器的输出端与第二放大器的负极输入端相 连，第二放大器的正极输入端与励磁电路的供电模块相连；第二放大器输出端与与门电路的输入端相连，控制励磁的低频矩形波脉冲信号与与门电路的另一输入端相连，与门电路 的输出端通过反相器与电子开关电桥连接，电子开关电桥还与传感器励磁线圈的输入端相 连。所述混频励磁转换单元包括控制器、混频励磁光电隔离电路以及励磁开关，所述 控制器的输入端与处理器的输出端连接，所述混频励磁光电隔离电路的输入端与控制器的 输出端连接，所述励磁开关的输入端与混频励磁光电隔离电路的输出端连接，励磁开关的 输出端与数据恒流源电路的输入端连接。所述数据恒流源电路产生低频信号以及高频信号，所述低频信号的周期以及高频 信号的周期采用高低频交替的方式产生混频励磁周期。所述低频信号的频率为6. 25Hz。所述高频信号的频率为50Hz。所述低频信号的周期数为2. 5。所述高频信号的周期数为1. 5。与现有技术相比，由于本发明的混频励磁电磁流量转换器，是通过处理器产生一 系列的方波脉冲信号控制混频励磁转换单元，混频励磁转换单元产生规律性的方波脉冲作 为励磁信号实现提供给励磁电路的数控恒流源；同时，处理器根据现场反馈来的流量信号， 经过以最小二乘法为基准的优化算法，来确定高频和低频两种励磁的大小和分别占用的时 间信号，经过光电隔离电路的VF转换，由此脉冲信号来控制混频励磁转换单元，再通过数 控恒流源电路实现两种励磁周期性交替出现混频励磁方式。当被测流体含杂质多干扰大 时，可提高高频分量；而当被测流体干扰小时，可降低高频分量。通过软件中的检测干扰大 小的以最小二乘法为基准的优化算法，根据流量波动越大，高频的频率越高，而且所占用的 时间也越多的原则，计算出最佳的频率大小和时间比，从而实现自我调节励磁电路。因此， 本发明的混频励磁电磁流量转换器能够根据流体干扰情况自动调整高低频率所占的比例， 具有对流体中出现的不同噪声干扰反应速度快的优点，且生产及维护成本较低。
图1是现有技术中电磁流量计的工作原理图；图2是本发明的一种混频励磁电磁流量转换器的原理框图；图3是图2中数据恒流源电路的电路图；图4是本发明的一种混频励磁电磁流量转换器的励磁频率示意图；图5是现有技术中的励磁信号与本发明产生的混频励磁信号的对比示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。实施例请参阅图2所示本发明的一种混频励磁电磁流量转换器，包括例如是德州仪器 出产的MSP430处理器11、处理器11的输出端与光电隔离电路12的输入端连接、光电隔离 电路12的输出端与数据恒流源电路13的输入端连接，数据恒流源电路13的输出端与励磁 电路14的输入端相连接，还包括混频励磁转换单元15，混频励磁转换单元15的输入端与处理器11的输出端连接，混频励磁转换单元15的输出端与数据恒流源电路13的输入端连接。为了降低功耗提高效率，在恒流源电路中采用了如下图3所示的数据恒流源电路 13。与模拟调整式恒流源电路相似，数据恒流源电路13也需要四只晶体管做电子开关电 桥，也有基准电压源、采样电阻和比较放大器等基本电路。传感器励磁线圈仍然接在接有电 子开关的电桥对角线间。不过，为了分析方便，图中只用K1表示四端电子开关电桥。数据恒 流源电路13包括传感器励磁线圈L以及与传感器励磁线圈L串接的采样电阻R1，采样电阻 R1的输入端与第一放大器IC1的负极输入端相连，第一放大器IC1的正极输入端与控制基准 电压的高频脉冲控制电子开关K2相连；第一放大器IC1的输出端与第二放大器IC2的负极 输入端相连，第二放大器IC2的正极输入端与励磁电路的供电模块相连；第二放大器IC2输 出端与与门电路IC3的输入端相连，控制励磁的低频矩形波脉冲信号与与门电路IC3的另一 输入端相连，与门电路IC3的输出端通过反相器IC4与电子开关电桥K1连接，电子开关电桥 K1还与传感器励磁线圈L的输入端相连。当开关接通，电源Ec有电流I流过传感器励磁线 圈L和采样电阻R1。一方面电流I流过传感器线圈L产生工作磁场，导电流体流过传感器 产生感应电动势，另一方面电流流过采样电阻Rl，在它的两端形成反馈电压U2。高频脉冲 控制电子开关K2将稳定的基准电压调制为用以数字传感器常数的参量的占空比nl = tl/ Tl的输出基准脉冲电压U1。将基准脉冲电压Ul和反馈电压U2同时加进比较放大器ICl 进行比较和放大，得到输出直流电压U3。输出直流电压U3又和加在比较放大器IC2同相端 的从励磁电路的供电模块获得的一个三角波(电压E2)比较，得到的输出是用以数字调节 恒流源的参量占空比为n2 = t/T的矩形脉冲。占空比n2的矩形波脉冲与控制励磁的低频 矩形波脉冲UA同时进入与门电路IC3，输出经反相器IC4倒相，变为低频调制的断续高频矩 形波脉冲，再去控制电子开关电桥Kl的接通和截止，这样就构成了一个闭环系统。调制的 高频矩形波脉冲被传感器励磁线圈L和电容滤去，流过传感器励磁线圈L的电流大小是与 基准电压大小有关的低频矩形波。通过设置占空比nl = tl/Tl的值，也就是修改tl和Tl 的值，即数字修改励磁电流的大小。与模拟反馈的恒流源电路相比，数控恒流源效率高发热 小。这是因为数控恒流源电路13工作在脉冲状态，晶体管处于开关状态下的导通电压降在 IV以下，导通时的脉冲宽度又较窄，所以功率损失小器件不会产生很多热量。同时利用改变 占空比nl的值，可以实现恒流大小的数字量设定，将励磁控制与单片机联系起来，实现电 磁流量计的智能测量。混频励磁转换单元15包括复杂可编程逻辑控制器151简称CPLD、混频励磁光电隔 离电路152以及励磁开关153，复杂可编程逻辑控制器151的输入端与MSP430处理器11的 输出端连接，混频励磁光电隔离电路152的输入端与MSP430控制器11的输出端连接，励磁 开关153的输入端与混频励磁光电隔离电路152的输出端连接，励磁开关153的输出端与 数据恒流源电路13的输入端连接。混频励磁是通过软硬件紧密结合产生的，MSP430处理器 11通过程序编程产生一系列的方波脉冲信号控制复杂可编程逻辑控制器CPLD151，由复杂 可编程逻辑控制器CPLD151产生规律性的方波脉冲作为励磁信号，经过混频励磁光电隔离 电路152加到数据恒流源电路13，实现提供给励磁电路14的数控恒流源。同时，MSP430处 理器11根据现场反馈来的流量信号，经过以最小二乘法为基准的优化算法，来确定两种励 磁的大小和分别占用的时间信号，经过混频励磁光电隔离电路152由此脉冲信号来控制励磁开关153，再通过数控恒流源电路13实现两种励磁周期性交替出现的局面。数据恒流源 电路13产生低频信号以及高频信号，低频信号的周期以及高频信号的周期采用高低频交 替的方式产生混频励磁周期。由此可见混频励磁即通过编程的方式，让处理器根据现场的 实际情况智能选取，让两种不同频率的励磁周期性的交替运行而产生的新型励磁方式。如 果选择低频6. 25HZ，高频50HZ两种频率，通过两者交替出现，低频2. 5个周期，高频1. 5个 周期，那么其励磁频率的波形如下图4所示，其中横坐标为时间t，纵坐标为幅度B。实际在 浆液情况下使用效果如图5所示，其中，线A为普通励磁测量出来的流量信号，而下方线B 则为混频励磁检测出来的流量信号，通过对比可知线B的信号非常稳定。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的 目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变 化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种混频励磁电磁流量转换器，包括处理器、处理器的输出端与光电隔离电路的输 入端连接、光电隔离电路的输出端与数据恒流源电路的输入端连接，数据恒流源电路的输 出端与励磁电路的输入端相连接，其特征在于还包括混频励磁转换单元，所述混频励磁转 换单元的输入端与处理器的输出端连接，混频励磁转换单元的输出端与数据恒流源电路的 输入端连接。
2.根据权利要求1所述的混频励磁电磁流量转换器，其特征在于所述数据恒流源电 路包括传感器励磁线圈以及与传感器励磁线圈串接的采样电阻，采样电阻的输入端与第一 放大器的负极输入端相连，第一放大器正极输入端与控制基准电压的高频脉冲控制电子开 关相连；第一放大器的输出端与第二放大器的负极输入端相连，第二放大器的正极输入端 与励磁电路的供电模块相连；第二放大器输出端与与门电路的输入端相连，控制励磁的低 频矩形波脉冲信号与与门电路的另一输入端相连，与门电路的输出端通过反相器与电子开 关电桥连接，电子开关电桥还与传感器励磁线圈的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的混频励磁电磁流量转换器，其特征在于所述混频励磁转换 单元包括控制器、混频励磁光电隔离电路以及励磁开关，所述控制器的输入端与处理器的 输出端连接，所述混频励磁光电隔离电路的输入端与控制器的输出端连接，所述励磁开关 的输入端与混频励磁光电隔离电路的输出端连接，励磁开关的输出端与数据恒流源电路的 输入端连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的混频励磁电磁流量转换器，其特征在于所述数据 恒流源电路产生低频信号以及高频信号，所述低频信号的周期以及高频信号的周期采用高 低频交替的方式产生混频励磁周期。
5.根据权利要求4所述的电磁流量计转换器，其特征在于所述低频信号的频率为 6.25Hz0
6.根据权利要求4所述的混频励磁电磁流量转换器，其特征在于所述高频信号的频 率为50Hz。
7.根据权利要求4所述的混频励磁电磁流量转换器，其特征在于所述低频信号的周 期数为2.5。
8.根据权利要求4所述的混频励磁电磁流量转换器，其特征在于所述高频信号的周 期数为1.5。
全文摘要
本发明公开了一种混频励磁电磁流量转换器，包括处理器、光电隔离电路、数据恒流源电路、励磁电路以及混频励磁转换单元，处理器产生一系列的方波脉冲信号控制混频励磁转换单元，混频励磁转换单元产生规律性的方波脉冲作为励磁信号实现提供给励磁电路的数控恒流源。同时，处理器根据现场反馈来的信号，经过优化算法，来确定两种励磁的大小和分别占用的时间信号，经过光电隔离电路，由此脉冲信号来控制混频励磁转换单元，再通过数控恒流源电路实现两种励磁周期性交替出现的混频励磁方式。本发明的混频励磁电磁流量转换器能够根据流体干扰情况自动调整高低频率所占的比例，具有对流体中出现的不同噪声干扰反应速度快的优点，且生产及维护成本较低。
文档编号G01F1/58GK102128652SQ20111004269
公开日2011年7月20日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者何长松 申请人:上海天石测控设备有限公司