流量计输出信号的智能化网络整形识别技术

　　0　引言

　　随着经济和科学技术的迅速发展,流量计量日益受到重视,流量仪表随之迅速发展起来。为满足不同种类流体特性,不同流动状态下的流量计量问题,近30年来,先后研制出并投入使用的流量计有速度式流量计、动量式流量计、电磁流量计、超声波流量计等几十种新型流量计[1]。

　　涡轮流量传感器和显示仪表组成的涡轮流量计以良好的重复性,宽广的线性工作区和高精度而受到用户的欢迎[2]。基本原理是利用安装在流体通道上的流量传感器,把与流体流量成正比的转速信号转换成对应的电脉冲信号,该信号经放大、滤波、整形后,送入LCD显示电路显示。流体体积流量:

　　式中:f为电信号的频率;K为常数,亦称为仪表系数[3]。

　　流量计显示准确性和设备使用安全、可靠性等息息相关。

　　然而现实中常会出现仪表显示不稳、显示数字跳变的现象。一方面是由于设备在加工、制造过程中的缺陷造成的,大部分原因是传感器测得的信号在传输过程中会受到电源噪声、信号传输线以及脉冲等干扰,从而使输入信号出现一些无规则的颤动,这就会导致仪表显示不稳或者无规则跳变。其中重要的一点是大部分信号是脉冲输出型和频率输出型信号,流量的变化对应的是方波的变频调制,典型的畸形频率信号如图1~图3所示。图1、图2采样频率为10 000 Hz,采样点数为1 000点;图3采样频率为10 000 Hz,点数2 500点。

　　图2、图3为某畸形频率信号,从表面上观察,信号比较接近于方波,但其中夹杂着大量的脉冲型杂波,这就导致流量计的显示数值一个固定的数值左右范围内跳变,计数不准。虽然仪表计数对脉冲量的脉宽和辐值有一定的要求,但是不能排除仪表将一部分杂波误认为是正常开关量信号而导致计数偏多或偏少。

　　1　当前处理技术及存在不足

　　在处理这方面的问题通常采用的方法有: (1)在信号处理过程中加入硬件调理电路,即对信号进行放大,滤波、整形和防跳变及抖动颤振等处理; (2)实现频率与电压值的转换; (3)软件处理,即对信号进行滤波、整形以及希尔伯特黄变换等方法。

　　1. 1　硬件方法

　　抖动产生的杂波信号或者电磁干扰属于高频信号,可以对传感器信号输入仪表之前进行滤波处理,目前在处理这类问题上,通常采用的方法是在信号处理过程中加入整形电路,以消除电磁干扰对流量计的影响,如加入555单稳整流电路[4]。再者就是采用频率转换电路,该它能将信号的频率转换为电压值,但由于波形扫描需要非常标准的方波,特别是对上升沿和下降沿有特别的要求,处理起来也相当困难。