一种抗振动干扰信号的涡街流量计的制作方法

本实用新型涉及流量计领域，特别是涉及一种抗振动干扰信号的涡街流量计。

背景技术：

涡街流量计大量用于工业蒸气、天然气、煤气、空气、气体及低粘度液体的流量测量。在管道流量测量过程中，使用涡街流量计时，由于管道振动会带来振动干扰信号，振动干扰信号会混入正常的流量频率信号中，其强度甚至会大于正常流量信号，且难以分离，这会造成涡街流量计在保证精度的同时，计量下限很高，无法测量小流量。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种抗振动干扰信号的涡街流量计，可提高涡街流量计的量程。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种抗振动干扰信号的涡街流量计，所述涡街流量计包括：涡街流量传感器、数字信号放大电路、数模转换电路、多级模拟信号放大电路、信号隔离电路和信号输出电路；

所述涡街流量传感器与所述数字信号放大电路连接，所述涡街流量传感器用于检测涡街流量并输出涡街流量的压电频率信号；

所述数字信号放大电路与所述数模转换电路连接，所述数字信号放大电路用于对压电频率信号进行放大；

所述数模转换电路与所述多级模拟信号放大电路连接，所述数模转换电路用于将放大后的压电频率信号转换成模拟信号；

所述多级模拟信号放大电路与所述信号隔离电路连接，所述多级模拟信号放大电路用于将所述模拟信号进行第一次放大；

所述信号隔离电路与所述信号输出电路连接，所述信号隔离电路用于对第一次放大后的模拟信号进行滤波；

所述信号输出电路用于将滤波后的模拟信号进行放大并输出第二次放大后的模拟信号。

可选地，所述数字信号放大电路包括电桥、运算放大器和数字信号放大器；

所述涡街流量传感器的正极输出端分别与所述电桥的一端和所述运算放大器的正向信号输入端连接；

所述涡街流量传感器的负向输出端分别与所述电桥的另一端和所述运算放大器的反向信号输入端连接；

所述运算放大器的输出端与所述数字信号放大器的输入端连接；

所述数字信号放大器的输出端与所述数模转换电路连接。

可选地，所述电桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；

所述第一二极管的阳极与所述第三二极管的阴极连接；所述第二二极管的阴极与所述第四二极管的阳极连接；

所述第三二极管的阳极与所述第四二极管的阴极连接形成的公共点作为所述电桥的一端；

所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阳极连接形成的公共点作为所述电桥的另一端。

可选地，所述运算放大器的型号为ina331。

可选地，所述多级模拟信号放大电路包括依次级联的多个第一模拟信号放大器。

可选地，所述信号输出电路包括第二模拟信号放大器。

可选地，所述涡街流量计还包括：放大板；

所述数字信号放大电路、所述数模转换电路、所述多级模拟信号放大电路和所述信号隔离电路均设置在所述放大板上。

可选地，所述涡街流量计还包括：显示板和输出板；

所述信号输出电路设置在所述输出板上；

所述显示板通过排针与所述放大板连接；

所述放大板通过排针与所述输出板连接。

可选地，所述涡街流量计还包括：显示屏；

所述显示屏与所述显示板连接。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型提供了一种抗振动干扰信号的涡街流量计，所述涡街流量计包括：涡街流量传感器、数字信号放大电路、数模转换电路、多级模拟信号放大电路、信号隔离电路和信号输出电路；所述涡街流量传感器与所述数字信号放大电路连接，所述涡街流量传感器用于检测涡街流量并输出涡街流量的压电频率信号；所述数字信号放大电路与所述数模转换电路连接，所述数字信号放大电路用于对压电频率信号进行放大；所述数模转换电路与所述多级模拟信号放大电路连接，所述数模转换电路用于将放大后的压电频率信号转换成模拟信号；所述多级模拟信号放大电路与所述信号隔离电路连接，所述多级模拟信号放大电路用于将所述模拟信号进行第一次放大；所述信号隔离电路与所述信号输出电路连接，所述信号隔离电路用于对第一次放大后的模拟信号进行滤波；所述信号输出电路用于将滤波后的模拟信号进行放大并输出第二次放大后的模拟信号。本实用新型通过数字信号放大电路、数模转换电路、多级模拟信号放大电路、信号隔离电路对涡街流量计输出的含振动干扰原始流量信号进行接收、放大、滤波等处理，提高了涡街流量计的量程。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的抗振动干扰信号的涡街流量计的结构示意图；

图2为本实用新型提供的实施例中数字信号放大电路的示意图；

图3为本实用新型提供的实施例中数模转换电路的示意图；

图4-5为本实用新型提供的实施例中多级模拟信号放大电路的示意图；

图6本实用新型提供的实施例中信号隔离电路的示意图；

图7为本实用新型提供的实施例中信号输出电路的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种抗振动干扰信号的涡街流量计，提高了涡街流量计的量程。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

一种抗振动干扰信号的涡街流量计，所述涡街流量计包括：涡街流量传感器、数字信号放大电路、数模转换电路、多级模拟信号放大电路、信号隔离电路和信号输出电路；所述涡街流量传感器与所述数字信号放大电路连接，所述涡街流量传感器用于检测涡街流量并输出涡街流量的压电频率信号；所述数字信号放大电路与所述数模转换电路连接，所述数字信号放大电路用于对压电频率信号进行放大；所述数模转换电路与所述多级模拟信号放大电路连接，所述数模转换电路用于将放大后的压电频率信号转换成模拟信号；所述多级模拟信号放大电路与所述信号隔离电路连接，所述多级模拟信号放大电路用于将所述模拟信号进行第一次放大；所述信号隔离电路与所述信号输出电路连接，所述信号隔离电路用于对第一次放大后的模拟信号进行滤波；所述信号输出电路用于将滤波后的模拟信号进行放大并输出第二次放大后的模拟信号。

所述数字信号放大电路包括电桥、运算放大器和数字信号放大器；所述涡街流量传感器的正极输出端分别与所述电桥的一端和所述运算放大器的正向信号输入端连接；所述涡街流量传感器的负向输出端分别与所述电桥的另一端和所述运算放大器的反向信号输入端连接；所述运算放大器的输出端与所述数字信号放大器的输入端连接；所述数字信号放大器的输出端与所述数模转换电路连接。

所述电桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一二极管的阳极与所述第三二极管的阴极连接；所述第二二极管的阴极与所述第四二极管的阳极连接；所述第三二极管的阳极与所述第四二极管的阴极连接形成的公共点作为所述电桥的一端；所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阳极连接形成的公共点作为所述电桥的另一端。

所述运算放大器的型号为ina331。

所述多级模拟信号放大电路包括依次级联的多个第一模拟信号放大器。

所述信号输出电路包括第二模拟信号放大器。

所述涡街流量计还包括：放大板；所述数字信号放大电路、所述数模转换电路、所述多级模拟信号放大电路和所述信号隔离电路均设置在所述放大板上。

所述涡街流量计还包括：显示板和输出板；所述信号输出电路设置在所述输出板上；所述显示板通过排针与所述放大板连接；所述放大板通过排针与所述输出板连接。

所述涡街流量计还包括：显示屏；所述显示屏与所述显示板连接。

如图1所示：

本实用新型主要由显示屏部分、显示板部分、放大板部分、输出板部分组成。显示屏焊接到显示板上，完成涡街流量计的流量显示；显示板通过排针连接放大板，完成接收放大板处理过的涡街流量信号并分析运算，将流量值输出给显示屏显示；放大板通过排针连接输出板，完成对涡街流量计原始信号的采集、隔离、放大，对干扰振动信号的拟制屏蔽作用；输出板部分完成对涡街流量计流量信号的输出，主要有电流4～20ma、频率、hart通讯、rs485通讯等。

如图2-7所示：

所述数字信号放大电路的电路连接关系为涡街流量传感器输入端的输入接口xt的2脚接vsf，1脚接第一二极管d1的阴极端，第二二极管d2的阳极端；3脚接第三二极管d3的阳极端，第四二极管d4的阴极端。第二二极管d2的阳极端分别接电阻r00和电容c02，电容c06一端接vcf，另外一端接电阻r02，r02的另一段接c02。第四二极管d4的阴极端接电容c01，c01的另外一端接电阻r01。电容c05的一端接vcf，另一端接r01，信号传入运算放大器u1的3脚。电容c06的一端接vcf，另一端并接r02与运算放大器u1的2脚。运算放大器u1的2脚和3脚之间接电容c07，1脚和8脚之间接电阻r04。运算放大器u1的7脚接+vcc，4脚接vsf，5脚接vcf，6脚接r16，运算放大器u1将信号输出给r16。数字信号放大器u2b的5脚并接r16和电容c11，电容c11另一端接vcf，u2b的6端接r17，7端同时接r17的另一端和数模转换器u5的2脚s3kh。

所述数模转换电路采用数模转换芯片u5，数模转换芯片u5的型号为adc0832。所述数模转换电路的电路连接关系为数模转换芯片u5的10脚接fack，8脚接faot，7脚接fain，5脚接vdf和电阻rp2，rp2另一端接vsf。11脚接+vcc，并与5脚之间串联电容c50，6脚接到11脚，1脚接vsf。12脚和13脚并联输出信号至s3kl，14脚、4脚并联输出信号至s3km，2脚接入u2b的s3kh。

所述信号放大电路依次级联多个第一模拟信号放大器，多个所述第一模拟信号放大器为二级运算放大器u2a、三级运算放大器u3b、四级运算放大器u4a、五级运算放大器u7c、六级运算放大器u7a、共有7级放大，信号放大倍数约3000多倍。数模转换芯片u5信号输出端s3km连接电容c21后进入二级运算放大器u2a的2脚，2脚连接1脚后接电容c23，信号输出端s3kl并接c22滤波后接vcf，同时接二级运算放大器u2a的3脚。二级运算放大器u2a的4脚接vsf，8脚接电容c20，电容c20的另一端接vsf。

电容c23的一端接u2a的1脚，另一端接电阻r23，电阻r23接电容c25，电容c25的另一端接电阻r24，电阻r24的另一端接三级运算放大器u3b的5脚。三级运算放大器u3b的6脚接电阻r26，电阻r26的另一端接电容c28，电容c28的另一端接vsf，电阻r29的另一端接电容c29，电容c29另一端接vsf，电阻r28的另一端接三级运算放大器u3b的7脚，电阻r39的一端并接在三级运算放大器u3b的7脚和电容c41的一端，电阻r39的另一端并接在电阻r38和二极管vd1的阳极端。vd1的阴极端接电容c27和电阻r36，电阻r36的另一端并接电容c26和电阻r35的一端。电阻r38、电容c27、电容c26、电阻r34的另一端均接vcf。

电阻r35的另一端接运算放大器u3a的3脚，u3a的2脚接电阻r34，8脚接电容c30，电容c30另一端接vsf。u3a的1脚接电阻r31的一端，电阻r31的另一端并接电阻r32的一端和q1的1脚，q1的3脚和r32的另一端接vcf，q1的1脚并接电阻r23和电容c25。

电容c41另一端接电阻r41的一端，电阻r41的另一端并接电阻r42的一端和四级运算放大器u4a的2脚，电阻r42另一端接vcf，四级运算放大器u4a的4脚接vsf，3脚接电阻r43的一端，8脚接电阻r40一端，电阻r40的另一端接+vcc，电阻r43的另一端并接电阻r44的一端和电阻r45的一端，电阻r44的另一端接vcf，电阻r45的另一端接四级运算放大器u4a的1脚。四级运算放大器u4a的1脚并接电阻r45和电阻r56，电阻r56的另一端wkz接与非门电路。

wkz信号并接与非门u6c的8脚和电阻r58，r58的另一端并接u6d的12脚和电容c61，电容c61的另一端并接u6b的5脚和u6a的7、2、1脚，并连接至vsf。u6d的13脚并接电阻r60与电容c60，电容c60的另一端接vsf，电阻r60的另一端接+vcc。u6d的11脚接u6c的9脚，u6c的10脚接r61的一端。

电阻r61的另一端并接电阻r62、电容c62和电阻r64，电阻r64的另一端接五级运算放大器u7c的10脚，五级运算放大器u7c的9脚接电阻r65的一端，电阻r65的另一端并接电阻r66、电阻r68，电阻r68的另一端接至vcf。电阻r66并接五级运算放大器u7c的8脚和电阻r69，电阻r69的另一端并接电阻r73与电阻r71，电阻r71的另一端并接电阻r72与电容c76，电容c76的另一端并接电阻r73，连接到vsf。

电阻r72的另一端接六级运算放大器u7a的3脚。+vcc接电阻r70的一端，电阻r70的另一端并接六级运算放大器u7a的4脚与电容c70的一端，电容c70的另一端并接运算放大器u7d的12脚与vsf。运算放大器u7d的13脚接运算放大器u7d的14脚。

电阻r62的另一端接电阻r63的一端，电阻r63的另一端并接电容c62的另一端、电容c74的一端和vsf。电容c74的另一端并接电阻r78的一端、运算放大器u7b的5脚，电阻r78的另一端接电阻r77的一端，电阻r77的另一端接+vcc。u7b的6脚并接7脚、电阻r74的一端和电阻r76的一端，电阻r74的另一脚接r75的一端，电阻r75的另一端并接r76的另一端、六级运算放大器u7a的2脚和三极管q3的n极，六级运算放大器u7a的1脚接三极管q3的p极，运算放大器u7a的11脚接vsf，三极管q3的n极并接隔离器u8的16脚。

所述信号隔离电路采用隔离器u8，其电路连接关系为隔离器u8的14脚并接电阻r90的一端和电阻r91的一端，隔离器u8的13脚接电阻r89的一端，隔离器u8的12脚并接隔离器u8的10脚、c85，电阻r90的一端、电阻r89的另一端、电阻c85的另一端并接vcf。电阻r90的另一端接电容c86的一端，电容c86的另一端接vsf。隔离器u8的11脚并接r88的一端与c80的一端，r88另一端接+vcc，隔离器u8的9脚并接电阻r86的一端与电阻r87的一端，电阻r87的另一端并接电容c80的另一端至vsf。隔离器u8的8脚并接电阻r84的一端、电阻r85的一端、电阻r91的一端，并输出信号至ft42。电阻r84的另一端接vsf，电阻r85的另一端并接电阻r83的一端和电阻r86的另一端，电阻r91的另一端接电阻r90的另一端。隔离器u8的7脚并接隔离器u8的5脚、电容c82的一端，电容c82的另一端并接电容c83的一端、电阻r83的另一端和电阻r82的另一端，隔离器u8的6脚接vsf，隔离器u8的4脚并接电阻r83与电阻r85和电阻r86，隔离器u8的3脚并接电阻r82的一端与电阻r81一端，隔离器u8的1脚接电容c87的一端，电容c87的另一端接vsf。电阻r82的另一端、电阻r83的另一端、电容c82的另一端、电容c83的另一端并接，电阻r81的另一端输出信号至ft41。

所述信号输出电路的电路连接关系为ft41接电阻r47的一端，ft42接电阻r46的一端，电阻r46的另一端与电阻r47的另一端并接至电阻r48的一端，电阻r48的另一端接电容c42的一端，电容c42的另一端接电阻r49的一端，电阻r49的另一端与电阻r50的一端并接至第二模拟信号放大器u4b的6脚，电阻r50的另一端接vcf。第二模拟信号放大器u4b的5脚并接电阻r51的一端与电阻r52的一端，电阻r51的另一端接vcf，电阻r52的另一端并接第二模拟信号放大器u4b的7脚和电阻r53的一端，电阻r53的另一端信号输出。

相对于现有技术，本实用新型使涡街流量计在信号放大处理时，通过软硬件的结合，研发了一种新的处理方法和过程，有效的解决了流体管道振动干扰的问题，使得测量且满足精度要求的流量下限更低，使得涡街流量计的量程比大大提高由目前的1:20提高到1:100，且重复性更好、精度更高。该发明，可以确保在常温常压空气4m/s流速测量下限灵敏度下，有效拟制振动加速度≤20m/s²，频率在10～110hz之间的连续振动及猝发振动。更高的流体密度或测量下限条件下，本实用新型可以提供更强的振动干扰免疫能力。该功能的实现，主要来源于第2部分放大板对涡街流量计输出的含振动干扰原始流量信号的接收、分析、滤波处理方法。

本实用新型研发的抗振动干扰信号涡街流量计，测量的流量下限更低，量程比由目前的1:20左右提升到1:100，以便满足当前众多用户流量用量大小变化幅度超大的需求。

本实用新型公开了一种抗振动干扰信号的涡街流量计，其关键在于涡街流量计输出的频率信号到放大板的数字信号放大电路、数模转换电路、多级信号放大电路、信号隔离电路、信号输出电路。

传感器输出端频率数字信号放大电路，数模转换电路部分用于将频率信号转换成模拟信号；多级放大部分电路用于排除前后级之间的信号干扰，并将信号放大一定的倍数，信号隔离部分电路用于实现电路限波滤波功能，并进行信号隔离处理；信号输出部分电路用于实现信号的稳定输出。

本实用新型设计新颖，功能强大，匹配涡街类流量计时，通过软硬件的结合，有效地解决了涡街类流量计振动干扰的问题，使得涡街流量计的量程比大大提高。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。