涡街流量计 |
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| 申请号 | CN201710878536.7 | 申请日 | 2017-09-26 | 公开(公告)号 | CN107525551A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 威海坤科流量仪表股份有限公司; | 发明人 | 高峻; 于杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种涡街流量计，其解决了现有涡街流量计抗震抗干扰能 力 差、通讯存在安全隐患的技术问题。涡街流量计通过递传的方式传输信息，设有 传感器 部分、 电路 处理部分，传感器部分内部设有压电陶瓷片，其特征是，还设有天线，传感器部分通过屏蔽杆与电路处理部分连接，电路处理部分与天线连接；传感器部分设有双 探头 结构传感器，双探头结构传感器设有第一传感器、第二传感器；第一传感器设在管道中，第二传感器设在管道外。本发明可广泛应用于工业管道介质 流体 的流量测量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种涡街流量计，设有传感器部分、电路处理部分，所述传感器部分内部设有压电陶瓷片，其特征是，所述涡街流量计通过递传的方式传输信息，还设有天线，所述传感器部分通过屏蔽杆与所述电路处理部分连接，所述电路处理部分与天线连接；所述传感器部分设有双探头结构传感器，所述双探头结构传感器设有第一传感器、第二传感器；所述第一传感器设在管道中，所述第二传感器设在管道外； |
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| 说明书全文 | 涡街流量计技术领域[0001] 本发明涉及一种涡街流量计，特别是涉及一种抗震抗干扰的涡街流量计。 背景技术[0002] 涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。 [0003] 传统涡街流量计是通过压电陶瓷的振动产生电信号，通过高通、低通、带通滤波进行处理产生正弦波，通过施密特触发器产生方波到单片机进行频率处理，现场通讯方式主要是4-20MA，脉冲和RS485。 [0004] 但是，传统涡街流量计抗震抗干扰能力差，很容易受到现场振动的干扰，现场有振动或者强电干扰信号就会叠加到有效信号的波形中，出现计量不准确，下限不够低上限不够高等问题，通讯方式通过有线传输，现场布线麻烦，在很多安装环境恶劣的地方还会出现安全隐患，有线方式也很容易受到人为和环境的破坏。 发明内容[0005] 本发明针对现有涡街流量计抗震抗干扰能力差、通讯存在安全隐患的技术问题，提供一种抗震抗干扰能力好、通讯不存在安全隐患的涡街流量计。 [0006] 为此，本发明的技术方案是，设有传感器部分、电路处理部分，传感器部分内部设有压电陶瓷片，其特征是，涡街流量计通过递传的方式传输信息，还设有天线，传感器部分通过屏蔽杆与电路处理部分连接，电路处理部分与天线连接；传感器部分设有双探头结构传感器，双探头结构传感器设有第一传感器、第二传感器；第一传感器设在管道中，第二传感器设在管道外； [0007] 电路处理部分包括电荷放大单元、带通滤波单元、信号处理单元和无线通讯单元；第一传感器的输出端与电荷放大单元的输入端连接，第二传感器的输出端与信号处理单元连接，电荷放大单元的输出端与带通滤波单元的输入端连接，带通滤波单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的输出端与无线通讯单元的输入端连接，无线通讯单元的输出端与天线连接。 [0009] 第一传感器的输出端分成两路，一路通过第七电容与第5引脚连接，另一路通过第六电容与第6引脚连接，第七电容、第六电容的输入端之间连接有第十一电阻，第6引脚、第7引脚之间串联有第六电阻、第七电阻，第5引脚与第十六电阻、第十九电阻串联后接地；第6引脚、第7引脚之间还连接有第一拨码开关单元。 [0010] 优选地，带通滤波单元设有第二运算放大器、第三运算放大器，第二运算放大器设有第1引脚、第2引脚和第8引脚，第1引脚为Vout引脚、第2引脚为IN-引脚、第3引脚为IN+引脚，第8引脚为Vs+引脚； [0011] 第3引脚通过第十电阻与第一运算放大器的第7引脚连接，第3引脚与第九电容、第十二电容串联后接地；第2引脚通过第十五电阻与第1引脚连接，第十五电阻并联有第十五电容；第8引脚与第五电容连接后接地，第2引脚还连接有第四拨码开关单元。 [0012] 优选地，第三运算放大器设有第10引脚、第11引脚，第10引脚为IN-引脚，第11引脚为Vout引脚； [0013] 第10引脚与第十三电阻、第十二电阻、第八电容C8串联后，与第二运算放大器的第1引脚连接；第10引脚与第11引脚之间连接有第八电阻，第十二电阻和第十三电阻的公共端与第九电阻、限幅电路连接后，与第11引脚连接；第十二电阻、第十三电阻的公共端连接有第二拨码开关单元，第10引脚、第11引脚之间还连接有第三拨码开关单元。 [0014] 优选地，信号处理单元设有数字信号处理芯片TMS320F28335。 [0015] 优选地，无线通讯单元设有无线数传芯片CC1101。 [0016] 优选地，第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器均选用SGM8532芯片。 [0017] 优选地，第一拨码开关单元、第二拨码开关单元和第三拨码开关单元均设有8位拨码开关，第四拨码开关单元设有4位拨码开关。 [0019] 本发明的有益效果是，第一传感器的流量信号通过电荷放大单元、带通滤波单元，将信号放大滤波处理成初级的波形信号，然后再通过信号处理单元进行AD转换采集信号，快速傅立叶变换频谱分析，将波形分解，再通过第二传感器的振动信号进行区分判断出有效的流量信号，可有效的滤除最容易影响涡街流量计的振动信号以及低频时候串进来的各种杂波和干扰信号。然后发送给无线通讯单元，无线通讯单元将信号发送给天线，天线将信号通过基站发送到网站上，方便客户查询。本发明抗震抗干扰能力强，结果可靠，传输数据安全、便捷。通过无线通讯单元进行现场组网，采取递传的方式进行传输，每一个仪表会根据无线的信号强度，将数据打包发送给离它最近、通讯最稳定的仪表，保证了通讯距离。附图说明 [0020] 图1是本发明涡街流量计的结构示意图； [0021] 图2是本发明传感器部分的结构示意图； [0022] 图3是本发明连接示意图； [0023] 图4是本发明的电荷放大单元、带通滤波单元的原理图； [0024] 图5是本发明第一拨码开关单元的原理图； [0025] 图6是本发明第二拨码开关单元的原理图； [0026] 图7是本发明第三拨码开关单元的原理图； [0027] 图8是本发明第四拨码开关单元的原理图； [0028] 图9是本发明信号处理单元部分原理图； [0029] 图10是本发明无线通讯单元原理图。 [0030] 图中符号说明： [0031] 1.传感器部分；2.电路处理部分；3.天线；4.第一传感器；5.第二传感器；6.电荷放大单元；7.带通滤波单元；8.信号处理单元；9.无线通讯单元。 具体实施方式[0032] 下面结合实施例对本发明做进一步描述。 [0033] 如图1-3所示，涡街流量计分为三部分，分别是传感器部分1、电路处理部分2和天线3，传感器部分1与电路处理部分2连接，电路处理部分2与天线3连接。 [0034] 传感器部分1内部为压电陶瓷片，通过振动产生电信号。传感器部分1设有双探头结构传感器，双探头结构传感器包括第一传感器4、第二传感器5。第一传感器4安装悬空在管道中，用来测量流量信号。第二传感器5安装在管道外，用来测量表体产生的振动信号。通过第一传感器4检测出流量信号，通过第二传感器5排除干扰振动信号，流量的量程比可以达到1/30，是传统涡街流量计量程比的3倍。 [0035] 第一传感器4、第二传感器5通过涡街流量计中间的屏蔽杆将检测到的信号传输到电路处理部分2。 [0036] 电路处理部分2包括电荷放大单元6、带通滤波单元7、信号处理单元8和无线通讯单元9，电荷放大单元6的输入端与第一传感器4连接，电荷放大单元6的输出端与带通滤波单元7的输入端连接，带通滤波单元7的输出端与信号处理单元8的输入端连接，信号处理单元8的输出端与无线通讯单元9的输入端连接，无线通讯单元9的输出端与天线3连接。 [0037] 电荷放大单元6调节压电陶瓷片由振动产生电信号的强度，带通滤波单元7决定有效信号的频段和幅值。 [0038] 如图4-8所示，电荷放大单元6设有第一运算放大器、第一拨码开关K1。带通滤波单元7设有第二运算放大器、第三运算放大器、第二拨码开关K2和第三拨码开关K3。第一运算放大器的输出端与第二运算放大器的输入端连接，第二运算放大器的输出端与第三运算放大器的输入端连接。第一运算放大器与第一拨码开关K1连接，第二运算放大器与第四拨码开关GB1连接，第三运算放大器与第二拨码开关K2、第三拨码开关K3连接。 [0039] 第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器分别为第一SGM8532芯片U2B、第二SGM8532芯片U2A和第三SGM8532芯片U3B。第一拨码开关K1、第二拨码开关K2、第三拨码开关K3均为8位拨码开关，第四拨码开关GB1为4位拨码开关。第一SGM8532芯片U2B设有第5引脚、第6引脚、第7引脚，第5引脚为IN+引脚，第6引脚为IN-引脚，第7引脚为Vout引脚。 [0040] 第一传感器4的输出端分成两路，一路通过第七电容C7与IN+引脚连接，另一路通过第六电容C6与IN-引脚连接。第七电容C7、第六电容C6的输入端之间连接有第十一电阻R11。IN-引脚、Vout引脚之间串联有第六电阻R6、第七电阻R7，IN+引脚与第十六电阻R16、第十九电阻R19串联后接地。Vout引脚与带通滤波单元7的输入端连接。IN-引脚、Vout引脚之间还连接有第一拨码开关单元。 [0041] 第一拨码开关单元设有第一拨码开关K1，第一拨码开关K1设有十六个引脚。第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚分别与第二十电阻R20、第十八电容C18、第十七电容C17、第十六电容C16连接，第二十电阻R20的另一端与第十八电容C18、第十七电容C17、第十六电容C16的另一端连接在一起形成K1C端。第5引脚、第6引脚、第7引脚、第8引脚分别与第十七电阻R17、第十四电容C14、第十三电容C13、第十电容C10连接，第十七电阻R17的另一端与第十四电容C14、第十三电容C13、第十电容C10的另一端连接在一起形成K1B端。第13引脚、第14引脚、第15引脚和第16引脚连接在一起后形成K1A端。第9引脚、第10引脚、第11引脚和第12引脚连接在一起后接地。 [0042] K1A端与第一SGM8532芯片U2B的Vout引脚连接，K1B端与第一SGM8532芯片U2B的IN+引脚连接，K1C端与第一SGM8532芯片U2B的IN-引脚连接。 [0043] 第二SGM8532芯片U2A设有第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚和第8引脚。第1引脚为Vout引脚，第2引脚为IN-引脚，第3引脚为IN+引脚，第4引脚为Vs-引脚，第8引脚为Vs+引脚。IN+引脚通过第十电阻R10与第一SGM8532芯片U2B的Vout引脚连接，IN+引脚与第九电容C9、第十二电容C12串联后接地。IN-引脚通过第十五电阻R15与Vout引脚连接，第十五电容C15与第十五电阻R15并联。Vs+引脚与电源连接，Vs+引脚与第五电容C5连接后接地。Vs-引脚接地。IN-引脚还与第四拨码开关单元连接。第十九电容C19、第十二电容C12为去耦电容。 [0044] 第四拨码开关单元设有第四拨码开关GB1，第四拨码开关GB1设有八个引脚，第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚相连后接地，第5引脚、第6引脚、第7引脚、第8引脚分别与电阻RG4、电阻RG3、电阻RG2、电阻RG1连接，电阻RG4的另一端与电阻RG1、电阻RG2、电阻RG3的另一端相连形成GBB端。 [0045] GBB端与第二SGM8532芯片U2A的IN-引脚连接。 [0046] 第三SGM8532芯片U3B设有第9引脚、第10引脚、第11引脚，第9引脚为IN+引脚，第10引脚为IN-引脚，第11引脚为Vout引脚。IN+引脚接地，IN-引脚与Vout引脚之间连接有第八电阻R8，IN-引脚与第十三电阻R13、第十二电阻R12、第八电容C8串联后，与第二SGM8932芯片U2A的Vout引脚连接。第十二电阻R12和第十三电阻R13的公共端与第九电阻R9、限幅电路连接后，与第三SGM8932芯片U3B的Vout引脚连接。第八电阻R8、限幅电路和Vout引脚的公共端与TP1线连接，TP1线输出滤波后的第一传感器4的流量信号。限幅电路由两个一正一反并联的二极管组成，二极管的型号为1N4148。 [0047] 第二拨码开关单元设有第二拨码开关K2，第二拨码开关K2设有十六个引脚。第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚、第6引脚、第7引脚、第8引脚分别与电容CL8、电容CL7、电容CL6、电容CL5、电容CL4、电容CL3、电容CL2、电容CL1连接。电容CL8的另一端与电容CL7、电容CL6、电容CL5、电容CL4、电容CL3、电容CL2、电容CL1的另一端相连形成K2B端。第9引脚、第10引脚、第11引脚、第12引脚、第13引脚、第14引脚、第15引脚和第16引脚相连后接地。 [0048] K2B端与第十二电阻R12、第十三电阻R13的公共端连接。 [0049] 第三拨码开关单元设有第三拨码开关K3，第三拨码开关K3设有十六个引脚，第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚、第6引脚、第7引脚、第8引脚分别与电容CH8、电容CH7、电容CH6、电容CH5、电容CH4、电容CH3、电容CH2、电容CH1连接。电容CH8的另一端与电容CH7、电容CH6、电容CH5、电容CH4、电容CH3、电容CH2、电容CH1的另一端相连形成K3C端。第9引脚、第10引脚、第11引脚、第12引脚、第13引脚、第14引脚、第15引脚和第16引脚相连形成K3A端。 [0050] K3A端、K3C端分别与第八电阻R8的输入端、输出端连接。 [0051] 通过拨码开关接入不同的电阻、电容，实现不同的滤波效果。 [0052] 如图9所示，信号处理单元8设有数字信号处理芯片TMS320F28335，TMS320F28335是TI公司生产的有强大浮点数运算能力和AD转换的DSP芯片可以满足要求。数字信号处理芯片TMS320F28335设有第5-12引脚、第41引脚和第42引脚。第5-12引脚分别为GPIO0引脚、GPIO0引脚、GPIO1引脚、GPIO2引脚、GPIO3引脚、GPIO4引脚和GPIO5引脚，均为输出端。第41引脚为ADCINA1引脚，第42引脚为ADCINA0引脚，均为AD采样输入端。 [0053] TP1线与数字信号处理芯片TMS320F28335的ADCINA0引脚连接，对流量信号进行AD采样。第二传感器5与数字信号处理芯片TMS320F28335的ADCINA1引脚连接，用于测量恒定的振动干扰信号。 [0054] 然后数字信号处理芯片TMS320F28335通过快速FFT进行频谱分析出有效信号，通过GPIO0引脚、GPIO1引脚、GPIO2引脚、GPIO3引脚、GPIO4引脚和GPIO5引脚输出。 [0055] 如图10所示，无线通讯单元设有无线数传芯片CC1101，无线数传芯片的第3-11引脚分别为si引脚、sclk引脚、so引脚、gdo2引脚、gdo0引脚、csn引脚、gnd2引脚、ant引脚、gnd1引脚。si引脚、sclk引脚、so引脚、gdo2引脚、gdo0引脚、csn引脚为输入端，分别与数字信号处理器TMS320F28335的GPIO0引脚、GPIO1引脚、GPIO2引脚、GPIO3引脚、GPIO4引脚和GPIO5引脚连接。gnd1引脚、gnd2引脚接地，ant引脚与天线3连接，输出数据。 [0056] 第一传感器4的流量信号通过电荷放大单元6、带通滤波单元7，将信号放大滤波处理成初级的波形信号，然后再通过信号处理单元8进行AD转换采集信号，快速傅立叶变换频谱分析，将波形分解，再通过第二传感器5的振动信号进行区分判断出有效的流量信号，可有效的滤除最容易影响涡街流量计的振动信号以及低频时候串进来的各种杂波和干扰信号。然后发送给无线通讯单元9，无线通讯单元9将信号发送给天线3，天线3将信号通过基站发送到网站上，方便客户查询。 |
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