[发明专利]抗强固定干扰的涡街流量计数字信号处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及流量检测领域，为一种涡街流量计数字信号处理系统，特别是一种以数字信号处理器(DSP)为核心、周期图谱分析与陷波滤波相结合的抗强固定干扰的涡街流量计数字信号处理系统。

背景技术

基于FFT的功率谱分析方法处理涡街流量传感器的输出信号，可以从含有噪声的传感器输出信号中有效地提取出涡街流量信息，与常规的放大、滤波、整形和计数的方法相比，可以扩展量程比和保证现场测量精度。由于这种方法是根据能量最大的原则来决定涡街信号频率的，即认为在传感器输出信号中，频谱能量最大处所对应的频率是涡街流量的频率。可见，采用这种方法的前提是涡街流量信号的能量要大于噪声的能量。在一般情况下，大部分随机噪声的能量都是小于涡街信号的能量。但是，有些现场存在着一些强干扰，其能量往往大于涡街信号能量。根据现场实验结果分析，来自管道的振动对涡街流量计的影响最大。当流量小时，管道振动的能量往往大于涡街信号的能量，并且振动频率在涡街信号的频率范围内。若仍然根据能量最大的原则来判断，就会造成很大的测量误差。考虑到当现场设备和管道安装好之后，振动的频率就固定下来了这个实际情况，本发明专利提出以下方案来解决此问题：(1)采集涡街传感器的信号进行频谱分析，根据涡街流量信号是宽带信号和固定振动信号是窄带信号的特点，以及现场设备的有关参数，例如电机的转速等，确定出管道的固定干扰频率；(2)根据固定干扰频率，设计陷波滤波器，以陷掉固定干扰信号。与我们通常使用陷波滤波器不同，这里设计的陷波滤波器并不把某一个或者数个要陷波的频率分量限制到零，而是限制到截止幅值。若将要陷波频率的幅值限制到零，因为这个频率在流量信号的频率范围之内，就可能将流量信号去掉，也就无法反映流量的大小。截止幅值是数字涡街流量计设置的一个参数，当电荷放大器和电压放大器的输出电压小于这个截止幅值时，就认为传感器的输出是干扰信号，就将其截除。

发明内容

本发明要解决的问题是：目前的数字涡街流量计均是基于涡街信号能量最大这个原则去处理涡街传感器信号，当测量现场存在一些固定频率的强干扰时，其能量大于涡街流量信号的能量，若按能量最大的原则去确定流量信号，就会产生错误的结果。

本发明所采用的技术方案是：对涡街传感器输出信号进行陷波滤波，将固定的干扰频率分量陷到仪表设置的截止幅值。这个截止幅值是正常情况下，流量计测量范围下限所对应的信号幅值。然后，再进行频谱分析，即采用基于FFT的功率谱分析出信号频谱，然后通过寻找最大功率谱的位置来确定涡街信号的频率，再对涡街信号频率进行后处理，包括频谱校正、加速、限幅滤波和平均处理，以快速地准确的频率值。依据频率和仪表系数就可以计算出流量。

具体的技术解决方案如下：

本发明系统由涡街传感器、电荷放大器、无源低通滤波器、限幅放大器，有源低通滤波器、电压跟随器、电源模块、DSP芯片、LCD模块、键盘模块、通讯模块、EEPROM、有源晶振；

从涡街传感器输出的微弱电荷信号，首先经过电荷放大器将其转变为电压信号；由于信号幅值较小，而且含有许多噪声，再经过一级低通滤波电路和一级限幅放大电路；为了避免信号饱和对电路、信号频率计算造成影响，采用限幅放大电路；放大后的信号再经过低通滤波器，滤除信号中的高频干扰，由电压跟随器(缓冲器)输出，被DSP自带的ADC采样和转换，变成数字量；DSP采用基于FFT的功率谱分析和陷波滤波器相结合的方法，对ADC采样转换来的信号进行处理；当信号质量比较好时，即干扰能量比较小，数值不超过信号幅值时，不需要使用陷波滤波器，采用基于FFT功率谱分析出信号频谱，通过寻找最大功率谱位置来确定涡街信号频率，再对涡街信号频率进行后处理，包括频谱校正、加速算法、限幅滤波和平均处理，快速得到准确的涡街信号频率；当现场存在比较强的固定干扰时，打开陷波滤波器，限制干扰噪声，使其不超过涡街流量信号，再进行如上所述的频谱分析和后处理，得到涡街信号频率；将涡街信号频率送到LCD显示，并通过通信模块送到外部MCU(单片机)进行处理。

采用陷波滤波器与频谱分析相结合的数字处理方法，首先对涡街传感器输出信号进行陷波滤波，将固定频率的强干扰噪声陷到仪表设置的截止幅值，再采用基于FFT的功率谱分析出信号的频谱，然后，通过寻找最大功率谱的位置来确定出涡街流量信号的频率。