数模混合滤波低流速电磁流量计的制作方法
【专利说明】
[0001]
技术领域： 本发明涉及一种数模混合滤波低流速电磁流量计。
[000引【背景技术】： 电磁流量计作为测量流量的主要仪表，广泛应用于工业生产过程中，对各类管道内流 体的流量、流速进行准确测量。电磁流量计的发展和应用就是其抗干扰技术的发展，特别是 在流体的流速比较低时，流量信号的处理非常复杂。由于其信号微弱，干扰和噪声大，且处 理低流速流量信号的调理电路各有利弊，导致信噪比低、分辨率差，低流速流量的测量准确 度难W提高。因此，限制了低流速电磁流量计的发展和应用。
[000引
【发明内容】
： 本发明的目的是提供一种数模混合滤波低流速电磁流量计。
[0004] 上述的目的通过W下的技术方案实现： 一种数模混合滤波低流速电磁流量计，其组成包括；壳体，所述的壳体内有控制主板， 所述的控制主板上安装有微控制器，所述的微控制器分别与A/D转换电路、激磁控制电路、 LCD控制电路、按键控制电路、存储器、通讯接口连接，所述的A/D转换电路与信号调理电路 连接，所述的激磁控制电路与激磁驱动电路连接，所述的激磁驱动电路与低流速电磁流量 传感器连接，所述的LCD控制电路、所述的按键控制电路分别与人机交互装置连接。
[0005] 所述的数模混合滤波低流速电磁流量计，所述的微控制器包括单片机、定时器、电 源检测器，所述的单片机的型号为TMS32CF2812PGFA。
[0006] 所述的数模混合滤波低流速电磁流量计，所述的信号调理电路包括差分放大电 路，所述的差分放大电路与数模混合滤波器连接；所述的数模混合滤波器包括乘法型数模 转换器，所述的乘法型数模转换器分别与低通滤波器、基准波形发生器ROM连接，所述的基 准波形发生器ROM与地址发生与控制电路连接。
[0007] 所述的数模混合滤波低流速电磁流量计，所述的壳体外侧装有人机交互装置，所 述的人机交互装置包括LCD显示屏、操作按键，所述的LCD显示屏与LCD控制电路连接，所 述的操作按键与LCD控制与所述的按键控制电路连接。
[0008] -种权利要求1-4所述的数模混合滤波低流速电磁流量计的滤波方法，该滤波方 法包括如下步骤： 设滤波器的输入信号为<4 +分々，其中4句是有用信号脉冲，nC身是信道 噪声，滤波器输出信号货+ ?%巧，其中吗@是有用信号分量，》%货是噪声分量； 设滤波器的转移函数为巧(/@)，希望在某一时刻>?=^-(进行判决瞬间）使信噪比为最 大，取苗也）苗狂)之比，W兵表示，即
【主权项】
1. 一种数模混合滤波低流速电磁流量计，其组成包括：壳体，其特征是：所述的壳体内 有控制主板，所述的控制主板上安装有微控制器，所述的微控制器分别与A/D转换电路、激 磁控制电路、LCD控制电路、按键控制电路、存储器、通讯接口连接，所述的A/D转换电路与 信号调理电路连接，所述的激磁控制电路与激磁驱动电路连接，所述的激磁驱动电路与低 流速电磁流量传感器连接，所述的LCD控制电路、所述的按键控制电路分别与人机交互装 置连接。
2. 根据权利要求1所述的数模混合滤波低流速电磁流量计，其特征是；所述的微控制 器包括单片机、定时器、电源检测器，所述的单片机的型号为TMS32CF2812PGFA。
3. 根据权利要求1或2所述的数模混合滤波低流速电磁流量计，其特征是；所述的信 号调理电路包括差分放大电路，所述的差分放大电路与数模混合滤波器连接；所述的数模 混合滤波器包括乘法型数模转换器，所述的乘法型数模转换器分别与低通滤波器、基准波 形发生器ROM连接，所述的基准波形发生器ROM与地址发生与控制电路连接。
4. 根据权利要求1或2所述的数模混合滤波低流速电磁流量计，其特征是；所述的壳 体外侧装有人机交互装置，所述的人机交互装置包括LCD显示屏、操作按键，所述的LCD显 示屏与LCD控制电路连接，所述的操作按键与LCD控制与所述的按键控制电路连接。
5. -种权利要求1-4所述的数模混合滤波低流速电磁流量计的滤波方法，其特征是： 该滤波方法包括如下步骤： 设滤波器的输入信号为 冰0+ ?(々，其中球句是有用信号脉冲，n货是信道 噪声，滤波器输出信号為货+ ?%阳，其中两货是有用信号分量，嗎议是噪声分量； 设滤波器的转移函数为丑X/甸，希望在某一时刻(进行判决瞬间）使信噪比为最 大，取苗记）与苗色）之比，W軒表示，即
若攻0的傅立叶变换为化/的，贝IJ
若》@为白噪声，其功率谱为常数W，输出噪声|%议的功率谱为^HX/的|2-W，由此可 得
将式（4)与式（3)代入式（1)，得
由柯西一施瓦茨不等式，得
所W，滤波器输出端信噪比的最大可能值为
达到最大值的条件为
信号球句的持续时间是有限的，为使匹配滤波器可W实现并且响应时间尽可能短，取 i=i,gp 占(句=4.?'-。（10) 由此得出结论；匹配滤波器的冲激响应是所需信号W身对垂直轴镜像并向右平移r。
6. 根据权利要求5所述的数模混合滤波低流速电磁流量计的滤波方法，其特征是；所 述的却身看作是系统的冲激响应，4句+H?为系统输入，4句与邱句在乘法器中相乘 后再通过低通滤波器滤波，其结果恰好相当于权利要求5中系统的滤波过程，即 的+巧货二k句+嗦)];巧（11) 最优滤波结果拍是峰值；数模混合最优滤波结果<%(々+巧(!）是平均值的最大 值。
7. 根据权利要求5或6所述的数模混合滤波低流速电磁流量计的滤波方法，其特征是： 所述的数模混合最优滤波的过程，数模混合最优滤波设被测信号为却勾+ WO，基准波形发 生器ROM中存有和信号4身同形同步的基准信号带)，模拟信号却身拍输入到乘法型数 模转换器的参考电压输入端，与基准数字信号聲0在乘法型数模转换器中实现模拟与数字 信号的乘法运算，低通滤波器完成积分求平均值运算，低通滤波器的输出是直流信号
由w上分析可知，该测量原理能够有效的最大程度上抑制噪声。
8. 根据权利要求5或6所述的数模混合滤波低流速电磁流量计的滤波方法，其特征是： 所述的基准波形发生器ROM中事先存放有和传感器输出的感应信号同形同步的基准数字 信号，感应信号经放大电路放大后送入乘法器即乘法型数模转换器的参考电压输入端的同 时，基准波形发生器ROM中的参考数字信号也被送入乘法器数据输入端，此时乘法型数模 转换器的输出便是该一时刻模拟量和数字量进行乘积运算的结果；基准波形发生器ROM中 存储的基准数字参考信号由与感应信号同步的地址控制电路控制，周期性地更新数据并送 入乘法型数模转换器，实现基准数字信号与实际感应信号的数字模拟乘法运算； 乘法器输出的模拟信号送入信号调理的最后一个环节一低通滤波器，为避免工频噪声 的影响，要求此滤波器的截止频率的奇次谐波应避开50化工频。
9. 根据信号特性和设计要求综合考虑之后确定设计一个截止频率为0.甜Z、在3地处 衰减的二阶有源低通滤波器； 二阶有源低通滤波器的传递函数的一般形式为
当选取3地时，有0,=辟=、而《3_14，其中，特征频率/, = /〇 々二(L5化，阻尼 系数《 = 1_4,增益与=1 ; 低通滤波器的输出是与流速成正比的直流电压信号，传感器输出的感应信号中含有的 微分噪声、流量噪声和同相噪声等都被较大幅度的抑制或消除，提高了信噪比和电磁流量 计的测量准确度，同时也扩展了电磁流量计的量程比。
【专利摘要】数模混合滤波低流速电磁流量计及滤波方法。电磁流量计在流体的流速比较低时，流量信号的处理非常复杂、信噪比低、分辨率差。本发明组成包括：壳体（1），所述的壳体内有控制主板（2），所述的控制主板上安装有微控制器（3），所述的微控制器分别与A/D转换电路（4）、激磁控制电路（5）、LCD控制电路（6）、按键控制电路（7）、存储器（8）、通讯接口（9）连接，所述的A/D转换电路与信号调理电路（10）连接，所述的激磁控制电路与激磁驱动电路（11）连接，所述的激磁驱动电路与低流速电磁流量传感器（12）连接，所述的LCD控制电路、所述的按键控制电路分别与人机交互装置（13）连接。本发明用于电磁流量计。
【IPC分类】G01F1-60, G01F1-58
【公开号】CN104596598
【申请号】CN201510045963
【发明人】庞兵, 梁原华, 牛滨, 高月
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月29日