[发明专利]一种基于双频励磁的电磁流量计系统及信号提取方法

说明书

一种基于双频励磁的电磁流量计系统及信号提取方法，包括激励线圈（1）、信号电极（3）、DSP微处理系统（7）、激励驱动模块（6）、信号预处理模块（4）和信号调理模块（5）。本发明采用双频励磁方式，综合低频励磁的零点稳定和高频励磁的响应速度快以及抑制钻井液干扰能力强的优点。在信号提取与处理方面，硬件系统选用当下性能更优的数字信号处理器件（DSP），同时通过优化滤波算法和流量信号提取算法，有益于提高电磁流量计的测量精度和可靠性。

技术领域

本发明涉及井下钻井液流量测量技术领域，尤其涉及一种基于双频励磁的电磁流量计系统及信号提取方法。

背景技术

基于法拉第电磁感应定律的电磁流量计是一种根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的电磁测量仪表。因其特有的高精度、高稳定性、快响应、小型化等性能特点,已成为流量测量技术中使用最广泛、产品附加值最高的流量仪表之一,是冶金、电力、石化、食品、医药和环保等工业过程中最重要的自动化仪表之一,在国民经济中占有重要的地位。随着我国石油天然气勘探开发领域的扩大，地下钻井作业的严酷环境不仅促进了对钻井液的研究和开发；也迫使生产企业在适用于钻井环境中的钻井液的前提下研发出新型电磁流量计，为市场提供产品性能更优的电磁流量计。本发明将从两方面着手对流量计进行性能优化，一方面为励磁技术的优化，另一方面则是对信号提取方法的优化。

在励磁技术方面，目前国内外厂家普遍采用低频矩形波励磁方式,低频励磁技术能够保证流量计的零点稳定性及精度，但低频励磁技术不仅降低了测量速度,使得低频电极式电磁流量计无法更好的满足当今工业现场的技术要求，同时低频励磁型电磁流量计对于测量液固两相导电性液体也存在突出问题。而基于高频励磁技术的电磁流量计具有测量反应速度快且能够应用实际环境中的浆液测量，但高频励磁技术的零点稳定性较差，且测量误差偏大。但是如果能够综合低频励磁的零点稳定和高频励磁的响应速度快以及抑制浆液干扰能力强的优点，将大大有益提高电磁流量计信噪比及精度，优化其性能。

在流量计信号提取方式方面，通过前期文献调研和资料整理可知，目前针对双频激励输出流量信号的处理方法主要是通过硬件来实现，通过调制解调的方法，利用采样保持器等硬件电路方法实现流量信号的提取，但是均未给出具体的实现过程。随着电子技术的不断发展和更新换代，软件滤波方法变得越来越受到人们的欢迎。针对电磁流量计的流量信号处理，经历了最初的单片机到数字信号处理器件(DSP)的过渡，出现了一系列的数字滤波方法，目前电磁流量计的数字信号滤波方法主要有滑动滤波算法、中值滤波算法、梳状滤波算法等。而如果能够优化滤波算法和流量信号提取算法，将直接有益于提高电磁流量计的测量精度和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于双频励磁的电磁流量计系统及信号提取方法。

一种基于双频励磁的电磁流量计系统，其特征在于，包括激励线圈、信号电极、DSP微处理系统、激励驱动模块、信号预处理模块和信号调理模块；DSP微处理系统控制激励驱动模块产生双频矩形波激励，从而激励线圈在测量管道内激发磁场，测量管道中的导电流体切割磁感线产生感应电动势并被信号电极感受；信号电极将流量信号传输给信号预处理模块，信号经增强后送入信号调理模块；在信号调理模块中，流量信号通过带通滤波器抑制了一定的高频干扰和低频干扰，随后通过削峰电路削除微分干扰引起的尖峰，继而通过电平提升电路送入DSP微处理系统进行数据处理和运算。

DSP微处理系统通过增强PWM输出模块，生成6.25Hz和75Hz单极性方波。

激励驱动模块为恒流源激励电路，由运算放大器、多路模拟开关、稳压器、场效应管等组成，生成激励频率为6.25Hz和75Hz的双频矩形波激励信号。

信号预处理模块为仪用放大电路，将信号电极感受的流量信号增强后送入信号调理模块。

信号调理模块包括前置差分电路、二阶低通滤波器、二阶高通滤波器、后级放大电路、削峰电路和电平提升电路，这些构成单元从左至右依次连接。