[发明专利]一种双通道涡街流量计系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量计系统，特别是一种采用两路信号处理通道的双通道涡街流量计系统。

背景技术

涡街流量计是利用流体力学中卡尔曼涡街的原理，根据传感器输出信号X的频率F在一定流速范围内与流速V成正比的特性，当确定了传感器信号变送系数K后采用测量传感器输出信号频率F＝K×V来测量流体流速V。理论上这种信号频率与流速的直接对应关系具有100:1的量程范围。但同时，一般应力式传感器输出信号的脉动幅值U又与信号频率F²成正比，即在流速稍高时传感器输出信号的脉动幅值比较大，对应的频率测量比较容易，而在流速稍低时信号的脉动幅值就会大大减小，信号中的高频干扰与低频摆动等噪声使检测信号中的涡街频率变得非常困难。

目前，简单技术的涡街流量计系统主要采用固定放大器和固定阈值的窗口比较器方法对信号频率进行捕捉。这种涡街流量计系统的量程范围一般在10:1。

涡街流量计的信号处理方法主要有以下几种：一是采用跟踪涡街频率的可调整带通滤波器中心频率的方法来改善对低流速信号的处理水平，主要有美国专利5372046、5429001和5576497等，由于跟踪的正确性、快速性和技术复杂性间的矛盾都使实现带来困难；二是引用数字化频谱分析方法来估计低幅值的信号频率，有用纯数字化频谱方法的中国专利99101209.7，有用数字化频谱分析和跟踪频率的可调整带通滤波器方法相结合的如美国专利US6480812B1、美国专利US6212975B1和欧洲专利645258等，这类方法主要是用技术复杂性来改善了第一个方法中频率跟踪的正确性问题；三是采用动态调整二阶低通的幅频特性转折点Z使信号在一40dB/dec线上进行放大的方法，如中国专利200610029218.5，这种方法既可将低流速信号有效放大，又避免了对低频摆动的放大并较好的抑制了高频噪声。但这个方法主要适用于流速较低时信号脉动幅值U与信号频率F²成正比的状况。

发明内容

本发明的目的是提供一种双通道涡街流量计系统，即在传感器输出信号的匹配放大后，将信号分成专门处理低流速信号和专门处理高流速信号的两路信号处理通道。能在低功耗低成本下实现对高低流速的精确测量。

为达到上述目的，本发明的构思是：对信号脉动幅值U与信号频率F²成正比的低流速信号采用中国专利200610029218.5方法的信号处理通道，而对信号脉动幅值U满足大于一个较大阈值的较大流速信号采用固定放大器和固定阈值方法的信号处理通道。两路信号处理通道最后输出了跟随频率F的脉冲信号。并由一个信号综合处理器从两个脉冲信号中得出高低流速下的涡街频率F和流体流速V。

根据上述发明的构思，本发明采用以下技术方案：

一种双通道涡街流量计系统，包括一个有变送系数K₁的传感器在流体流速V大于V_S时有脉动频率F＝K₁×V的输出信号X₁，K₁是由实验可确定的系数；一个有信号放大系数K₂的信号匹配放大器将信号X₁转换为信号X₂＝K₂×X₁，信号X₂包含了信号X₁的脉动频率F，在信号X₂的脉动幅值U₂不受限制时，信号X₂的脉动幅值U₂＝K₂×M₂×F²，M₂是与流体密度有关的系数；其特征在于将信号X₂分别连接到一个信号自适应整形器和信号阈值整形器，信号自适应整形器自动调整信号处理的幅频特性转折点Z使信号X₂中脉动频率F的脉动波被整形为脉冲信号X₃输出；信号阈值整形器(4)具有信号放大系数K₄和阈值U_M，在流体流速V较大时，信号X₂中脉动频率F的脉动幅值U₂大于阈值U_N＝U_M/K₄而被整形为脉冲信号X₄输出，即信号X₂经信号自适应整形器和信号阈值整形器分别产生两路脉冲频率与流体流速V相对应的信号X₃和信号X₄，然后输入至一个信号综合处理器。