[发明专利]改进的低功耗两线制涡街流量计

权利要求书

1.改进的低功耗两线制涡街流量计，包括压电传感器、差分电荷放大 器、电压放大器、程控放大器、低通滤波器、电压跟随器、带通滤波器组、 带通选择开关电路、峰值检测电路、整形电路、单片机、人机接口电路、4～ 20mA输出与电源管理电路、恒流源、温度传感器、压力传感器、差分放大 器、16位模数转换器；其特征在于：

压电传感器输出的电荷信号经过差分电荷放大器转变为电压信号，由 于幅值非常小，所以，再经过一级固定的电压放大器和一级程控放大器； 放大后的信号经过低通滤波器，滤除信号中的高频干扰，然后分为2路； 第1路信号由电压跟随器输出，被单片机自带的ADC采样和转换，变成数 字量；单片机对信号进行少点数的FFT，通过采用汇编语言编程、数据统一 使用Q13定点数表示、定点数计算和根据每级运算结果大小来决定是否移 位的方式，保证算法的精度、实时性和内存内量的要求，做周期图谱分析， 得到信号的频率值，来选择带通滤波器组的通道；第2路信号送至带通滤 波器组，进行滤波；由单片机的频谱分析结果来决定输出某路滤波后的信 号；经过带通滤波器组的输出信号分为2路；第1路送至峰值检测电路； 峰值检测电路将信号的峰值送至单片机ADC的输入端；单片机对信号的峰 值进行采样和转换，并根据峰值来调整程控放大器的放大倍数，使信号的 幅值达到最佳范围；第2路送至由比较器组成的整形电路进行整形，整形 电路由比较器组成，加了一个门槛，波形要超过门槛值才能触发脉冲，信 号进行整形后，输出为规则的方波，再送入单片机，进行计数；整形后的 信号送至单片机的定时器输入端，采用捕获方式，利用多周期等精度测量 方法，对脉冲进行计数，即设置定时器A为涡街信号脉冲计数器TA，设置 定时器B为填充脉冲计数器TB，让TA的PWM模块TA1定时发触发捕获信号， 定时时间由测量频率的下限而定，TA和TB根据相邻两次触发捕获信号之 间的时间间隔，分别捕获涡街信号脉冲的个数和填充脉冲个数，根据TA和 TB捕获得到的脉冲数以及TB的工作时钟频率计算出涡街信号的频率；单片 机根据计数结果，将流量信息显示在LCD上，并通过自身的DAC转换，送 至4～20mA输出与电源管理电路，经过V/I转换成4～20mA电流信号输出；

所述带通滤波器组由1个低通滤波器与7个带通滤波器组成；其中， 低通滤波器由放大器U6A、电容C17、C22、电阻R18、R21、R22、R25、退 耦电容C24组成；第1个带通滤波器由放大器U6D、电容C32、C33、C30、 电阻R31、R37、R41，放大器U6B、电容C28、C36、电阻R29、R33、R34、 R38组成；第2个带通滤波器由放大器U7A、电容C42、C43、C40,电阻R45、 R51、R55、退耦电容C26，放大器U7B、电容C38、C46、电阻R43、R47、 R48、R52组成；第3个带通滤波器由放大器U7D、电容C50、C52、C53、电 阻R59、R65、R69，放大器U7C、电容C48、C56、电阻R57、R61、R62、R66 组成；第4个带通滤波器由放大器U9A、电容C 51、C54、C55、电阻R60、 R68、R70、退耦电容C27，放大器U9B、电容C49、C57、电阻R58、R63、 R64、R67组成；第5个带通滤波器由放大器U9D、电容C41、C45、C44、电 阻R46、R54、R56，放大器U9C、电容C39、C47、电阻R44、R49、R50、R53 组成；第6个带通滤波器由放大器U8C、电容C31、C34、C35、电阻R32、 R40、R42，放大器U8D、电容C29、C37、电阻R30、R35、R36、R39组成； 第7个带通滤波器是放大器U8B、电容C19、C20、C21、电阻R20、R27、R28， 放大器U8A、电容C18、C23、电阻R19、R23、R24、R26、退耦电容C25组 成；这7个带通滤波器的电路结构相同，均是用1个高通滤波器和1个低 通滤波器级联组成，但是，参数不同，从而通带互不相同，又相互连接， 覆盖涡街流量计的频带范围，并且相邻通带间有一定的重叠。

2.如权利要求1所述的改进的低功耗两线制涡街流量计，其特征在于： 所述峰值检测电路由放大器U10A、U10B、二极管D1、D2、场效应管Q1、 电容C58、C59、C60、电阻R71、R72、R73组成；放大器U10A的正向输入 端接收多路开关U11的输出信号；峰值检测电路中的场效应管的栅极与单 片机的通用IO口相连，峰值检测电路的输出接至单片机的ADC输入端；单 片机控制场效应管的通断，从而控制电容的充放电，使峰值检测电路输出 当前一段时间内的峰值；峰值检测电路放在带通滤波器组之后，以提高峰 值检测的精度。