[实用新型]一种涡街流量计

说明书

技术领域

本实用新型属于电子检测技术领域，涉及一种涡街流量计。 

背景技术

基于卡门涡街原理的应力式涡街流量计因其灵敏度高、稳定性好、价格低廉等众多优点，自20世纪70年代末出现以来，发展十分迅速。目前，涡街流量计大多将一次仪表和二次仪表融合为一体，向着一体化、智能化方向发展。但是，当前我国智能涡街流量计普遍存在着低流速时信号无法检测和震动噪声影响较为严重的问题，这使得在量程比和抗震性能上无法取得突破。针对这一问题，国内外许多学者尝试从数字信号处理角度来解决：如基于FFT的经典谱分析方法、基于Burg算法的现代谱估计方法、自适应陷波方法、小波分析方法、功率谱分析方法和互相关方法、自适应滤波方法等等。 

根据涡街信号的特点可知，涡街信号的频率与流体流速成正比、涡街信号的幅度与流体流速平方成正比。当仪表要求达到的量程比很高时，其最大流速与最小流速所产生信号的幅度比为非常大，采用固定放大倍数的放大电路会导致低流速是信号无法测量或高流速时信号顶部和底部的失真，从而造成测量精度的下降。此问题可采用本系统中程控增益放大器解决。另外，在将涡街信号整形成脉冲信号预处理时，通常采用施密特触发器电路实现，但单一的阀值电压无法满足系统软件和硬件变参数的需求。 

目前，基于快速傅里叶变换功率谱分析的方法以成功应用于本技术领域，但在整个量程区域最小可分辨频率为固定值，这导致小流量时仪表分辨率低、高流量是分辨率高的问题。根据快速傅里叶变换功率谱分析理论，最小可分辨频率 ，当谱分析的点数一定时，要使计算误差更小就要降低采样频率，但根据奈奎斯特采用定理又必须大于待分析信号频率的2倍，因此要想达到更高的精度可以采用变采样频率的分析法（自适应快速傅里叶变换分析法）。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种改进前级模拟信号处理电路、基于ARM Cortex-M3内核的STM32嵌入式处理器、采用自适应快速傅里叶变换分析法的低功耗智能涡街流量计。该流量计能够在低流速大噪声的背景下有效地提取非常微弱的涡街信号，并能自动根据噪声的大小改变施密特触发器的阀值电压、根据涡街信号的幅度改变放大电路的增益、根据涡街信号的频率改变ADC的采样频率，从而能有效地扩展仪表的量程比、提高测量精度。 

本实用新型采用程控施密特触发器，预检测电路中涡街信号的残余噪声，进而调整阀值电压，使得整形后的脉冲信号更加精确。 

本实用新型包括电荷放大器、第一滤波器、程控电压放大器、第二滤波器、程控施密特触发器、偏置电压电路、单片机、LDO电路、复位电路、按键输入、4-20mA输出电路、LCD显示电路。电荷放大器由运放U6A、反馈电阻Rf1、反馈电容Cf1组成，涡街传感器产生的信号由U6A的反向端（引脚2）输入。第一滤波器和第二滤波器均采用二阶低通滤波器，该二阶低通滤波器由运放U6B、电阻R2、R9、R10、电容C1、C5组成，信号由电阻R9的一端输入，滤波后的信号由运放U6B的输出端（引脚7）输出。程控增益放大器由数字电位器U2、运放U5A、U5B、电阻R4、R7组成，信号由数字电位器U2的6脚输入，放大后的信号由运放U5B的输出端（引脚7）输出。程控施密特触发器由数字电位器U3、比较器U4A、电阻R1、R5、电容C3组成，信号由数字电位器U3的7脚输入，整形后的脉冲由比较器U4A的输出端（引脚1）输出。偏置电压电路由电压基准U1、电阻R3、R6、R8组成，电阻R3的一端接3.3V电压，另一端输出偏置电压。4-20mA输出电路由电压电流转换芯片U9、电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、电容C11、C12、NPN三极管Q1、二极管D2组成，PWM波信号由电阻R15一端输入，电流由R18上输出。