智能磁感应流量传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提出的一种智能电磁感应流量传感器，旨在提供一种功耗低，兼容性强、通用性好、输出信号为数字信号的流量传感器。本发明通过下述技术方案予以实现：液体流过流量传感器，通过导向器带动叶轮转动，感应出一个与平均流速成正比的电压，电磁感应电压信号传输给变换处理电路，变换为频率和流量大小成正比的方波信号，调制放大电路把微弱磁感应信号调制放大，转换为占空比为50％的方波信号，经RC低通滤波电路滤除信号中的高频部分，检波电路将方波信号整形后的信号送入信号处理模块，信号处理模块对采集信号进行计算，把计算结果发往通信模块和数据存储模块，经过信号数据处理器处理和计算，通过通信模块把流量信息发送给终端设备。
【专利说明】智能磁感应流量传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主要用于飞机、汽车、轮船发动机燃油耗量测量、瞬时流量测量的流量传感器，还可应用于管道液体流量测量。
【背景技术】
[0002]流量测量在工业、农业以及人们的日常生活中起着举足轻重的作用，流量传感器作为测量流量仪表因此也被广泛应用。涡轮式流量传感器是把流过管道内的液体的体积流量转换为线性电信号。其转换原理就是著名的法拉第电磁感应定律，即流体驱动叶轮切割电磁线，产生电动势。流量传感器的磁场是通过励磁实现的，分直流励磁、交流励磁和低频方波励磁。现在大多流量传感器采用低频方波励磁。变送器是由励磁电路、信号滤波放大电路、A/D采样电路、微处理器电路、D/A电路、变送电路等组成。电磁流量计简单说是由流量传感器和变送器组成的。
[0003]随着电子技术的发展，飞机、汽车、轮船电子化程度不断提高，通常的机械系统已经难以解决某些与发动机功能要求有关的问题，而被电子控制系统代替。智能型电磁流量计是老式模拟的电磁流量计的更新换代产品，智能型电磁流量计不仅可以带4?20mA输出，还可以带RS485或者RS232通讯接口，可以直接与计算机联网，便于远程监控和操作。智能电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。智能电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律叶轮在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电势，其感应电势E = KBVD式中:K为仪表常数B为磁感应强度，V为测量管道截面内的平均流速，D为-测量管道截面的内径测量流量时，流体以速度V驱动叶轮旋转，叶轮旋转切割磁力线感应出一个与平均流速成正比的电压，其感应电压信号通过二个电极检出，并通过电缆送至转换器通过智能化处理，然后IXD显示或转换成标准信号4?20mA和O?IkHz输出。现有技术中的流量传感器的种类已达百余种，不同场合和测量介质选用不同的流量传感器。按流量传感器输出的信号可分为电压信号、电流信号和频率信号等，由其它的检测设备来进行信号采集和计算，存在涉及设备较多，接口复杂，信号传输距离较远，容易受干扰等缺点。现有技术的智能电磁流量传感器兼容性差、不具通用性，而且体积大、功耗高，可靠性低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有技术耗量测量系统存在涉及设备较多，接口复杂，信号传输距离较远，容易受干扰等缺点，提供一种体积小、功耗低，兼容性强、可靠性高、通用性好、输出信号为数字信号的流量传感器。
[0005]本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种智能电磁感应流量传感器，包括装配在壳体中传输电磁感应信号的叶轮、导向器，由调制放大电路、滤波电路和检波整形电路构成的信号转换电路和含有电源模块、信号处理模块、数据存储模块和通信模块的数字电路，其特征在于:信号转换电路和数字电路集成在流量传感器中，液体流过流量传感器，通过导向器带动叶轮转动，感应出一个与平均流速成正比的电压，电磁感应电压信号传输给变换处理电路，变换为频率和流量大小成正比的方波信号，调制放大电路把微弱磁感应信号调制放大，转换为占空比为50%的方波信号，经RC低通滤波电路滤除信号中的高频部分，检波电路将方波信号整形后的信号送入信号处理模块，经过信号数据处理器处理和计算，把计算得到流量信息发往数据存储模块进行数据存储，并通过通信模块把流量信息发送给终端设备。
[0006]本发明相比于现有的流量传感器，具有如下有益效果:
抗干扰能力强。本发明在流量传感器内部完成信号采集和计算，输出为数字信号，不受电缆长度和分布参数的影响。采取了电磁兼容设计，电路可靠性高，可在复杂的电磁环境下工作。
[0007]简化了测量系统，把信号转换部件和数字电路部件集成到传感器内部，能够直接测量得到流经传感器的流量信息，测量结果与流速分布，流体压力，温度、密度、粘度等物理参数无关。全数字量处理，输出为数字信号，完美准确可逆计量封闭的管道中通过叶轮的体积流量，具有很强的抗干扰能力，减少了测量设备，缩短了测量路径，提高了可靠性。在传感器内部已经完成了对流量信息的测量，后端设备只需要通过通信接收流量信息。测量可靠，精度高、采用16位嵌入式微处理器，内部具有三个积算器可分别显示正向累计量反向累计量及差值积算量，运算速度快，精度高，可编程频率低频矩形波励磁，提高了流量测量的稳定性。可接受外部的控制指令，灵活调整计算参数和测量方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是智能电磁感应流量传感器的电路原理示意图。
[0009]图2是图1信号转换电路原理示意图。
[0010]图3是图1 /[目号处理模块电路原理不意图。
[0011]图4是图1通信模块和数据存储模块电路原理示意图。
[0012]图5是图1电源模块电路原理示意图。
[0013]图6是是本发明智能电磁感应流量传感器的一种外形构造示意图。
【具体实施方式】
[0014]在以下实施例中将进一步举例说明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而对本发明没有限制。
[0015]在图1中，智能电磁感应流量传感器，包括机械部分、信号转换部分和数字部分。机械部分包括装配在壳体中产生电磁感应信号的叶轮、导向器。信号转换部分和数字部分包括由调制放大电路、滤波电路和检波整形电路信号构成的信号转换电路和含有电源模块、信号处理模块、数据存储模块和通信模块的数字电路。信号转换电路和数字电路做成标准模块集成在流量传感器中，液体流过流量传感器，通过导向器带动叶轮转动，感应出一个与平均流速成正比的电压，电磁感应电压信号传输给变换处理电路，变换为频率和流量大小成正比的方波信号，调制放大电路把微弱磁感应信号调制放大，转换为占空比为50%的方波信号，经RC低通滤波电路滤除信号中的高频部分，检波电路将方波信号整形后的信号送入信号处理模块，信号处理模块对采集信号进行计算，并把计算结果发往通信模块和数据存储模块，通过通信模块把流量信息发送给终端设备。
[0016]在图2中，信号转换电路包括连接在电源VCC与接地端GND之间的信号调理芯片和串联在信号调理芯片输出脚7线路上的电阻R201、R202和光耦U201，以及并联在信号调理芯片接地线路与串联电阻R201、电阻R202接点之间的电容C205组成。电阻R201和电容C205组成RC低通滤波电路。电阻R202、光耦U201以及接地电阻R203组成检波整形电路。信号调理芯片是专门定做的集成调制放大器D201。集成调制放大器D201把由于叶轮转动产生的微弱磁感应信号调制放大，转换为占空比为50%的方波信号，方波信号通过电阻R201和电容C205组成的RC低通滤波电路滤除信号中的高频信号，RC的参数根据传感器采样信号的频率区间进行调整，检波整形电路用于滤除没有驱动能力的杂波，并对信号进行整形。
[0017]在图3中，信号处理模块采用AVR单片机DlOl作为信号数据处理器，单片机DlOl的电连接晶振G1I，以及通过晶振G1I接地间并联的电容C11、电容C102组成晶振电路，单片机DlOl输出脚4的串联电阻RlOl以及并联的电容C103、电容C104、二极管N4148组成RC上电复位电路，并联在电源与地之间的电容C105?C107以及接地电容C109组成的去耦电路，单片机D101、晶振电路、RC上电复位电路以及去耦电路组成信号处理模块。电阻R102?R105和JPlOl组成JTAG接口，外部设备通过JTAG接口对AVR单片机进行现场编程和模拟仿真，可编辑信号的采集的模式和流量信息的计算方式。信号处理模块接受外部通信方式传过来的控制命令，采集信号，进行计算，把计算结果发往通信模块和数据存储模块。
[0018]在图4中，串口铁电存储器D103、电源管理芯片D104和通信驱动芯片D102通过总线结构与信号处理模块进行数据传递。通信模块以串口铁电存储器D103来作为数据存储芯片存储计算得到的历史数据、中间变量和计算需要的仪表参数，在有需要的时候可以把数据输出到外部设备，提供数据检索。电源管理芯片D104在电源不稳地的时候，保护D103的数据不被改写，并当单片机处于“死机”状态时，对单片机重新“复位”。通信驱动芯片D102可以是全双工的RS422A通信驱动芯片，通信驱动芯片D102用于接收外部的控制命令，并发送流量信息给终端设备。
[0019]在图5中，电源模块包括滤波电路、储能电路和DC-DC变换电路。滤波电路包括通过并联在电源滤波器N301以及输入端的电容器C301、稳压二极管V302和快速二极管V301，储能电路包括并联在输出端的电容器C401、电容器C402、并联的快速二极管V401和电阻R401以及电容器C403和串联电阻R402，这些电路的设计可以有效滤除电源杂波，提高电磁兼容能力，其中大容量钽电容器C402在电源出现浪涌和瞬时掉电时，保护后端电路。DC-DC变换电路包括并联在电源模块N201输入端电容器C202、电感器L201和电容器C201组成的并联回路，输出端和接地端并联的电容器C203、C204，作用为其它模块提供稳定的直流电源。电源模块的设计可以保证产品能够通过GJB181A-2003中直流供电特性B类供电试验。
[0020]在图6中，序I为PCB板安装框，用于安装信号转换部分和数字电路部分制成的标准模块，序2为GJB599 III系列圆形连接器，序3为GJB599 III系列圆形连接器配套的屏蔽尾附件，序4为按HB4-3设计成M30 X 1.5螺纹接口，进口和出口端为74°外锥接口，接口连接方式和传感器口径可根据实际需要进行设计，以满足不同的管道口径和不同的安装方式的需要，序5为PCB板安装框，用于安装滤波电路和储能电路制成的标准模块。
【权利要求】
1.一种智能电磁感应流量传感器，包括装配在壳体中传输电磁感应信号的叶轮、导向器，由调制放大电路、滤波电路和检波整形电路构成的信号转换电路和含有电源模块、信号处理模块、数据存储模块和通信模块的数字电路，其特征在于:信号转换电路和数字电路集成在流量传感器中，液体流过流量传感器，通过导向器带动叶轮转动，感应出一个与平均流速成正比的电压，电磁感应电压信号传输给变换处理电路，变换为频率和流量大小成正比的方波信号，调制放大电路把微弱磁感应信号调制放大，转换为占空比为50 %的方波信号，经RC低通滤波电路滤除信号中的高频部分，检波电路将方波信号整形后的信号送入信号处理模块，经过信号数据处理器处理和计算，把计算得到流量信息发往数据存储模块进行数据存储，并通过通信模块把流量信息发送给终端设备。
2.如权利要求1所述的智能电磁感应流量传感器，其特征在于:信号转换电路包括连接在电源VCC与接地端GND之间的信号调理芯片和串联在信号调理芯片输出脚7线路上的电阻R201、R202和光耦U201，以及并联在信号调理芯片接地线路与串联电阻R201、电阻R202接点之间的电容C205。
3.如权利要求2所述的智能电磁感应流量传感器，其特征在于:电阻R201和电容C205组成RC低通滤波电路。
4.如权利要求2所述的智能电磁感应流量传感器，其特征在于:电阻R202和光耦U201以及接地电阻R203组成检波整形电路。
5.如权利要求2所述的智能电磁感应流量传感器，其特征在于:集成调制放大器D201把由于叶轮转动产生的微弱磁感应信号调制放大，转换为占空比为50 %的方波信号，方波信号通过电阻R201和电容C205组成的RC低通滤波电路滤除信号中的高频信号，RC的参数根据传感器采样信号的频率区间进行调整，检波整形电路滤除没有驱动能力的杂波，并对信号进行整形。
6.如权利要求1所述的智能电磁感应流量传感器，其特征在于:信号处理模块采用AVR单片机DlOl作为信号数据处理器，单片机DlOl的电连接晶振GlOl，以及通过晶振GlOl接地间并联的电容C101、电容C102组成晶振电路，单片机DlOl输出脚4的串联电阻RlOl以及并联的电容C103、电容C104、二极管N4148组成RC上电复位电路，并联在电源与地之间的电容C105?C107以及接地电容C109组成的去耦电路，单片机D101、晶振电路、RC上电复位电路以及去耦电路组成信号处理模块。
7.如权利要求1所述的智能电磁感应流量传感器，其特征在于:串口铁电存储器D103、电源管理芯片D104和通信驱动芯片D102通过总线结构与信号处理模块进行数据传递。
8.如权利要求7所述的智能电磁感应流量传感器，其特征在于:数据存储模块以串口铁电存储器D103来作为数据存储芯片存储计算得到的历史数据、中间变量和计算需要的仪表参数，在有需要的时候可以把数据输出到外部设备，提供数据检索。
9.如权利要求1所述的智能电磁感应流量传感器，其特征在于:电源模块包括滤波电路、储能电路和DC-DC变换电路；滤波电路包括通过并联在电源滤波器N301以及输入端的电容器C301、稳压二极管V302和快速二极管V301。
10.如权利要求1所述的智能电磁感应流量传感器，其特征在于:储能电路包括并联在输出端的电容器C401、电容器C402、并联的快速二极管V401和电阻R401、电容器C403串联电阻R402。
【文档编号】G01F1/58GK104236645SQ201410520060
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】张志明 申请人:四川泛华航空仪表电器有限公司