專利名稱：一種雙通道渦街流量計系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量計系統(tǒng)，特別是一種采用兩路信號處理通道的雙通道渦街流量計系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
渦街流量計是利用流體力學(xué)中卡爾曼渦街的原理，根據(jù)傳感器輸出信號X的頻率F在一定流速范圍內(nèi)與流速V成正比的特性，當(dāng)確定了傳感器信號變送系數(shù)K后采用測量傳感器輸出信號頻率F＝K×V來測量流體流速V。理論上這種信號頻率與流速的直接對應(yīng)關(guān)系具有100∶1的量程范圍。但同時，一般應(yīng)力式傳感器輸出信號的脈動幅值U又與信號頻率F2成正比，即在流速稍高時傳感器輸出信號的脈動幅值比較大，對應(yīng)的頻率測量比較容易，而在流速稍低時信號的脈動幅值就會大大減小，信號中的高頻干擾與低頻擺動等噪聲使檢測信號中的渦街頻率變得非常困難。
目前，簡單技術(shù)的渦街流量計系統(tǒng)主要采用固定放大器和固定閾值的窗口比較器方法對信號頻率進(jìn)行捕捉。這種渦街流量計系統(tǒng)的量程范圍一般在10∶1。
渦街流量計的信號處理方法主要有以下幾種一是采用跟蹤渦街頻率的可調(diào)整帶通濾波器中心頻率的方法來改善對低流速信號的處理水平，主要有美國專利5372046、5429001和5576497等，由于跟蹤的正確性、快速性和技術(shù)復(fù)雜性間的矛盾都使實(shí)現(xiàn)帶來困難；二是引用數(shù)字化頻譜分析方法來估計低幅值的信號頻率，有用純數(shù)字化頻譜方法的中國專利99101209.7，有用數(shù)字化頻譜分析和跟蹤頻率的可調(diào)整帶通濾波器方法相結(jié)合的如美國專利US6480812B1、美國專利US6212975B1和歐洲專利645258等，這類方法主要是用技術(shù)復(fù)雜性來改善了第一個方法中頻率跟蹤的正確性問題；三是采用動態(tài)調(diào)整二階低通的幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z使信號在一40dB/dec線上進(jìn)行放大的方法，如中國專利200610029218.5，這種方法既可將低流速信號有效放大，又避免了對低頻擺動的放大并較好的抑制了高頻噪聲。但這個方法主要適用于流速較低時信號脈動幅值U與信號頻率F2成正比的狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙通道渦街流量計系統(tǒng)，即在傳感器輸出信號的匹配放大后，將信號分成專門處理低流速信號和專門處理高流速信號的兩路信號處理通道。能在低功耗低成本下實(shí)現(xiàn)對高低流速的精確測量。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是對信號脈動幅值U與信號頻率F2成正比的低流速信號采用中國專利200610029218.5方法的信號處理通道，而對信號脈動幅值U滿足大于一個較大閾值的較大流速信號采用固定放大器和固定閾值方法的信號處理通道。兩路信號處理通道最后輸出了跟隨頻率F的脈沖信號。并由一個信號綜合處理器從兩個脈沖信號中得出高低流速下的渦街頻率F和流體流速V。
根據(jù)上述發(fā)明的構(gòu)思，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種雙通道渦街流量計系統(tǒng)，包括一個有變送系數(shù)K1的傳感器在流體流速V大于VS時有脈動頻率F＝K1×V的輸出信號X1，K1是由實(shí)驗可確定的系數(shù)；一個有信號放大系數(shù)K2的信號匹配放大器將信號X1轉(zhuǎn)換為信號X2＝K2×X1，信號X2包含了信號X1的脈動頻率F，在信號X2的脈動幅值U2不受限制時，信號X2的脈動幅值U2＝K2×M2×F2，M2是與流體密度有關(guān)的系數(shù)；其特征在于將信號X2分別連接到一個信號自適應(yīng)整形器和信號閾值整形器，信號自適應(yīng)整形器自動調(diào)整信號處理的幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z使信號X2中脈動頻率F的脈動波被整形為脈沖信號X3輸出；信號閾值整形器(4)具有信號放大系數(shù)K4和閾值UM，在流體流速V較大時，信號X2中脈動頻率F的脈動幅值U2大于閾值UN＝UM/K4而被整形為脈沖信號X4輸出，即信號X2經(jīng)信號自適應(yīng)整形器和信號閾值整形器分別產(chǎn)生兩路脈沖頻率與流體流速V相對應(yīng)的信號X3和信號X4，然后輸入至一個信號綜合處理器。
在上述的雙通道渦街流量計系統(tǒng)，所述的信號自適應(yīng)整形器由一個由數(shù)字口B3動態(tài)設(shè)置幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z的低通濾波器和一個用A/D轉(zhuǎn)換口和數(shù)字口B4與低通濾波器連接的信號處理器組成；信號X2輸入低通濾波器，低通濾波器輸出信號X23到信號處理器的A/D轉(zhuǎn)換口，信號處理器從A/D轉(zhuǎn)換口采集信號X23，從數(shù)字口B4輸出數(shù)據(jù)D4調(diào)整低通濾波器的幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z，使低通濾波器輸出的信號X23中脈動頻率F的脈動波被信號處理器整形為脈沖信號X3；并且，信號處理器在一個信號口A3輸出脈沖信號X3。
在上述的雙通道渦街流量計系統(tǒng)，所述的一個信號綜合處理器在信號口A1和信號口A2分別輸入所述的信號X3和信號X4，并用單位時間T檢測信號X3和信號X4所對應(yīng)的脈沖數(shù)N3和脈沖數(shù)N4；當(dāng)脈沖數(shù)N4不小于脈沖數(shù)N3時，用F＝N4/T作為渦街脈動頻率并以V＝N4/T/K1作為流體流速；當(dāng)脈沖數(shù)N4小于脈沖數(shù)N3時，用F＝N3/T作為渦街脈動頻率并以V＝N3/T/K1作為流體流速，當(dāng)V小于VS時認(rèn)為V＝0；信號綜合處理器通過數(shù)字口B3輸出顯示渦街脈動頻率F和流體流速V。
在上述的雙通道渦街流量計系統(tǒng)，所述的信號處理器把從A/D轉(zhuǎn)換口采集信號X23的脈動幅值U23和對應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)D4通過信號處理器一個數(shù)字口B1輸出到信號綜合處理器的數(shù)字口B2，在改變系統(tǒng)信號放大系數(shù)K2值來匹配系統(tǒng)信號幅值時，信號綜合處理器通過數(shù)字口B3輸出顯示來自數(shù)字口B2的信號X23幅值U23和對應(yīng)的數(shù)據(jù)D4。
上述的閾值整形器由一個信號放大系數(shù)為K4的放大器的輸出端連接一個閾值為UM的施密特觸發(fā)器的輸入端構(gòu)成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)在流體流速低時，采用了中國專利200610029218.5信號處理方法，既將低流速信號有效放大又避免了對低頻擺動的放大并較好的抑制了高頻噪聲；在較大流體流速時，直接采用了成熟的固定放大器和固定閾值的信號處理方法，可以簡單有效地對渦街頻率信號進(jìn)行準(zhǔn)確捕捉。這樣形成的雙通道渦街流量計系統(tǒng)能在低功耗低成本下實(shí)現(xiàn)對高低流速的精確測量。


圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例敘述于后。
圖1中所示是一個雙通道渦街流量計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖，一個有變送系數(shù)K1的傳感器1在流體流速V大于VS時輸出脈動信號X1，VS為，信號X1的脈動頻率F＝K1×V；一個有信號放大系數(shù)K2的信號匹配放大器2將信號X1轉(zhuǎn)換為信號X2＝K2×X1，信號X2包含了信號X1的脈動頻率F，在信號X2的脈動幅值U2不受限制時，信號X2的脈動幅值U2＝K2×M2×F2，M2是與流體密度有關(guān)的系數(shù)；其特征在于將信號X2分別連接到一個信號自適應(yīng)整形器3和信號閾值整形器4，信號自適應(yīng)整形器3自動調(diào)整信號處理的幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z使信號X2中脈動頻率F的脈動波被整形為脈沖信號X3輸出；信號閾值整形器4具有信號放大系數(shù)K4和閾值UM，在流體流速V較大時，信號X2中脈動頻率F的脈動幅值U2大于閾值UN＝UM/K4而被整形為脈沖信號X4輸出，即信號X2經(jīng)信號自適應(yīng)整形器3和信號閾值整形器4分別產(chǎn)生兩路脈沖頻率與流體流速V相對應(yīng)的信號X3和信號X4，然后輸入至信號綜合處理器5。
本系統(tǒng)中的信號自適應(yīng)整形器3由一個由數(shù)字口B3動態(tài)設(shè)置幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z的低通濾波器3.1和一個用A/D轉(zhuǎn)換口和數(shù)字口B4與低通濾波器3.1連接的信號處理器3.2組成；信號X2輸入低通濾波器3.1，低通濾波器3.1輸出信號X23到信號處理器3.2的A/D轉(zhuǎn)換口，信號處理器3.2從A/D轉(zhuǎn)換口采集信號X23，從數(shù)字口B4輸出數(shù)據(jù)D4調(diào)整低通濾波器3.1的幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z，使低通濾波器3.1輸出的信號X23中脈動頻率F的脈動波被信號處理器3.2整形為脈沖信號X3；并且，信號處理器3.2在一個信號口A3輸出脈沖信號X3。
本系統(tǒng)中的信號閾值整形器4由一個信號放大系數(shù)為K4的放大器4.1和一個有閾值UM的施密特觸發(fā)器4.2組成，信號X2輸入放大器4.1，放大器4.1輸出信號X24＝K4×X2，信號X24輸入到一個有閾值UM的施密特觸發(fā)器4.2，當(dāng)信號X24的脈動幅值大于閾值UM時，施密特觸發(fā)器4.2輸出脈沖信號X4。
本系統(tǒng)中的信號綜合處理器5在信號口A1和信號口A2分別輸入所述的信號X3和信號X4，并用單位時間T檢測信號X3和信號X4所對應(yīng)的脈沖數(shù)N3和脈沖數(shù)N4；當(dāng)脈沖數(shù)N4不小于脈沖數(shù)N3時，用F＝N4/T作為渦街脈動頻率并以V＝N4/T/K1作為流體流速；當(dāng)脈沖數(shù)N4小于脈沖數(shù)N3時，用F＝N3/T作為渦街脈動頻率并以V＝N3/T/K1作為流體流速，當(dāng)V小于VS時認(rèn)為V＝0；信號綜合處理器5通過數(shù)字口B3輸出顯示渦街脈動頻率F和流體流速V。
本系統(tǒng)中的信號處理器3.2把從A/D轉(zhuǎn)換口采集信號X23的脈動幅值U23和對應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)D4通過信號處理器3.2一個數(shù)字口B1輸出到信號綜合處理器5的數(shù)字口B2，在改變系統(tǒng)信號放大系數(shù)K2值來匹配系統(tǒng)信號幅值時，信號綜合處理器5通過數(shù)字口B3輸出顯示來自數(shù)字口B2的信號X23幅值U23和對應(yīng)的數(shù)據(jù)D4。
上述的信號閾值整形器4由一個信號放大系數(shù)為K4的放大器4.1的輸出端連接一個閾值為UM的施密特觸發(fā)器4.2的輸入端構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種雙通道渦街流量計系統(tǒng)，包括一個有變送系數(shù)K1的傳感器(1)在流體流速V大于VS時有脈動頻率F＝K1×V的輸出信號X1，K1是由實(shí)驗可確定的系數(shù)；一個有信號放大系數(shù)K2的信號匹配放大器(2)將信號X1轉(zhuǎn)換為信號X2＝K2×X1，信號X2包含了信號X1的脈動頻率F，在信號X2的脈動幅值U2不受限制時，信號X2的脈動幅值U2＝K2×M2×F2，M2是與流體密度有關(guān)的系數(shù)；其特征在于將信號X2分別連接到一個信號自適應(yīng)整形器(3)和信號閾值整形器(4)，信號自適應(yīng)整形器(3)自動調(diào)整信號處理的幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z使信號X2中脈動頻率F的脈動波被整形為脈沖信號X3輸出；信號閾值整形器(4)具有信號放大系數(shù)K4和閾值UM，在流體流速V較大時，信號X2中脈動頻率F的脈動幅值U2大于閾值UN＝UM/K4而被整形為脈沖信號X4輸出，即信號X2經(jīng)信號自適應(yīng)整形器(3)和信號閾值整形器(4)分別產(chǎn)生兩路脈沖頻率與流體流速V相對應(yīng)的信號X3和信號X4，然后輸入至一個信號綜合處理器(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙通道渦街流量計系統(tǒng)，其特征在于所述的信號自適應(yīng)整形器(3)由一個由數(shù)字口B3動態(tài)設(shè)置幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z的低通濾波器(3.1)和一個用A/D轉(zhuǎn)換口和數(shù)字口B4與低通濾波器(3.1)連接的信號處理器(3.2)組成；信號X2輸入低通濾波器(3.1)，低通濾波器(3.1)輸出信號X23到信號處理器(3.2)的A/D轉(zhuǎn)換口，信號處理器(3.2)從A/D轉(zhuǎn)換口采集信號X23，從數(shù)字口B4輸出數(shù)據(jù)D4調(diào)整低通濾波器(3.1)的幅頻特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)Z，使低通濾波器(3.1)輸出的信號X23中脈動頻率F的脈動波被信號處理器(3.2)整形為脈沖信號X3；并且，信號處理器(3.2)在一個信號口A3輸出脈沖信號X3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙通道渦街流量計系統(tǒng)，其特征在于所述的信號綜合處理器(5)在信號口A1和信號口A2分別輸入所述的信號X3和信號X4，并用單位時間T檢測信號X3和信號X4所對應(yīng)的脈沖數(shù)N3和脈沖數(shù)N4；當(dāng)脈沖數(shù)N4不小于脈沖數(shù)N3時，用F＝N4/T作為渦街脈動頻率并以V＝N4/T/K1作為流體流速；當(dāng)脈沖數(shù)N4小于脈沖數(shù)N3時，用F＝N3/T作為渦街脈動頻率并以V＝N3/T/K1作為流體流速，當(dāng)V小于VS時認(rèn)為V＝0；信號綜合處理器(5)通過數(shù)字口B3輸出顯示渦街脈動頻率F和流體流速V。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙通道渦街流量計系統(tǒng)，其特征在于所述的信號處理器(3.2)把從A/D轉(zhuǎn)換口采集信號X23的脈動幅值U23和對應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)D4通過信號處理器(3.2)一個數(shù)字口B1輸出到信號綜合處理器(5)的數(shù)字口B2，在改變系統(tǒng)信號放大系數(shù)K2值來匹配系統(tǒng)信號幅值時，信號綜合處理器(5)通過數(shù)字口B3輸出顯示來自數(shù)字口B2的信號X23幅值U23和對應(yīng)的數(shù)據(jù)D4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙通道渦街流量計系統(tǒng)，其特征在于所述的信號閾值整形器(4)由一個信號放大系數(shù)為K4的放大器(4.1)的輸出端連接一個閾值為UM的施密特觸發(fā)器(4.2)的輸入端構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙通道渦街流量計系統(tǒng)。包括一個有變送系數(shù)K
文檔編號G01F1/32GK101074884SQ200710042749
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者李斌, 陳潔, 張偉卿, 戴光瑜 申請人:上海大學(xué)