摘(zhai)要:電磁(ci)流量計(jì) 是一種(zhǒng)應用廣(guǎng)泛的測(cè)量導電(dian)液體體(ti)積流量(liang)的儀表(biao)🔴。測量🥵時(shí),金屬電(diàn)極與電(diàn)解質會(huì)發生電(dian)化學反(fan)應,産生(sheng)極化噪(zao)聲💃🏻。極化(huà)噪聲📐幅(fu)值遠高(gao)于流量(liàng)信号幅(fú)值,使電(dian)極輸出(chū)♉信号信(xin)噪比較(jiao)低;極化(huà)噪聲存(cún)在漂移(yi)的現象(xiang)👈,會影響(xiǎng)電磁流(liu)量計變(bian)送器的(de)信号調(diao)理工作(zuò),限制電(diàn)路的放(fàng)大倍數(shu),增加ADC采(cǎi)樣位數(shù)電路成(cheng)🔆本、功耗(hào)等。對此(cǐ),提出了(le)一種基(ji)于前饋(kui)控制的(de)自适應(ying)極化噪(zao)聲抵消(xiāo)方案，設(shè)計了相(xiang)應🔞的信(xin)号調理(li)電路,通(tōng)過硬件(jian)電路實(shí)🍓時提取(qu)和抵消(xiāo)極化🔞噪(zao)聲極大(dà)地提高(gao)了電極(ji)輸出信(xin)♌号信噪(zao)比。通過(guo)試驗,驗(yan)證了該(gai)方案不(bu)但能有(you)👌效濾除(chu)極化噪(zào)聲,而且(qie)能提高(gāo)信号調(diào)理電路(lù)的放大(da)倍數、減(jian)☔少ADC的采(cai)樣位數(shù)減少電(dian)路的成(cheng)本和功(gong)耗。
0引言(yán)
　　電磁流(liú)量計是(shi)一種根(gen)據法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律測⚽量(liàng)導電液(yè)❗體體積(ji)流量的(de)儀表,廣(guǎng)泛應用(yòng)于石油(yóu)、化工、冶(yě)金、造紙(zhi)等行業(ye)。信号測(ce)量時,傳(chuán)感器電(dian)極拾取(qǔ)流量信(xìn)号和噪(zao)聲信号(hào)。流量信(xin)号幅值(zhi)一.般爲(wèi)幾十到(dào)數百微(wei)😍伏。而噪(zao)聲🔴信号(hào)中的極(ji)化噪聲(sheng)存在漂(piāo)移的現(xiàn)象,幅值(zhi)一般在(zài)幾毫伏(fu)到數百(bǎi)毫伏區(qu)間變化(hua)⭐,也有可(kě)能達到(dao)數伏"。兩(liǎng)者幅值(zhí)的巨大(da)差異以(yǐ)及極化(hua)噪聲無(wu)法通過(guò)😍良好的(de)接地或(huò)者🔞改變(biàn)勵磁的(de)方式🛀消(xiāo)除,極大(da)地影響(xiang)了信噪(zào)比。
　　爲了(le)提高電(diàn)磁流量(liang)計傳感(gǎn)器輸出(chu)信号的(de)信噪比(bi)，目前，國(guó)内外主(zhu)要有四(sì)種解決(jué)方案。
①極(ji)化噪聲(shēng)補償的(de)方案。根(gen)據極化(hua)噪聲緩(huan)慢變化(hua)的🐪特點(dian)⭐,采用不(bú)勵磁時(shi)段極化(hua)噪聲來(lai)補償勵(li)磁時段(duan)的極化(hua)噪聲。但(dàn)🥰是,由于(yu)極化噪(zao)聲的不(bú)規律性(xìng),會導🌈緻(zhi)電磁流(liu)量計的(de)零點較(jiào)差。
②低通(tong)濾波反(fan)饋的方(fang)案[2]。根據(ju)極化噪(zào)聲所處(chù)的頻帶(dài)略☎️低于(yú)流量信(xìn)号的特(tè)點,采用(yong)一階低(di)通濾波(bō)器提取(qǔ)極✉️化噪(zào)聲,并進(jìn)行反饋(kui)☂️補償。但(dàn)是,低通(tong)濾波器(qì)的🌈過渡(du)帶🌐很寬(kuān),會使流(liú)量信号(hào)出現畸(ji)變的現(xiàn)象。因此(cǐ)，該方案(àn)被用在(zai)瞬态勵(li)磁中,尚(shang)🏃🏻‍♂️未應用(yòng)于商用(yòng)儀表✌️。
③采(cai)用精度(du)高的模(mó)數轉換(huan)器(analogtodigitalconverter,ADC)的方(fang)案。利用(yòng)32位精度(dù)高的🐅模(mo)🔅數轉換(huan)器直接(jie)采集信(xìn)号,然後(hòu)通過數(shù)字信号(hao)處理方(fāng)法提取(qu)出流量(liang)信号。但(dan)該方案(àn)增加了(le)程序的(de)複雜性(xing)。同時,精(jing)度高🈲的(de)模數轉(zhuǎn)換器的(de)分辨率(lǜ)與采樣(yang)率成反(fan)比。因此(cǐ)，.爲了保(bǎo)證較高(gao)的分辨(biàn)率,隻能(néng)🔞使用很(hen)低的💞勵(li)磁頻率(lü)。
④阈值控(kong)制的偏(pian)置調節(jiē)方法”。當(dang)信号超(chāo)過設定(dìng)的阈值(zhí)時🆚,數字(zi)信号處(chu)理器(digitalsignalprocessor,DSP)控(kòng)制數模(mó)轉換器(qi)(digitaltoanalogconverter,DAC)模塊輸(shu)出偏置(zhì)調節電(dian)壓,将傳(chuan)感器輸(shu)出信号(hào)調整到(dao)0附近。但(dan)這種調(diào)節方法(fa)會使流(liu)量信号(hao)産生一(yi)個跳變(bian)，對後💋續(xù)的梳狀(zhuàng)帶通濾(lü)波造成(cheng)影響,導(dǎo)緻輸出(chu)信号出(chu)現🈚間斷(duàn)性錯誤(wu)。
　　爲此,極(jí)化噪聲(sheng)産生的(de)具體原(yuan)因及分(fen)布特性(xing),提出前(qián)饋🌏控制(zhi)的自适(shi)應極化(hua)噪聲抵(dǐ)消方案(an)。基于該(gai)方案，電(dian)磁流量(liàng)計變送(song)器中💚的(de)信号調(diào)理電路(lu);并用調(diao)理電路(lu)🌈替換課(ke)👉題組研(yán)制的電(diàn)磁流量(liàng)計變送(sòng)器中的(de)調理電(diàn)路,形成(chéng)一套完(wán)整的🈲電(diàn)磁流量(liàng)📱計變送(sòng)器,進行(háng)驗證試(shi)驗。
1噪聲(shēng)分析
　　極(ji)化噪聲(sheng)主要源(yuan)于電極(ji)與電解(jie)質的電(dian)化學反(fan)應。金♻️屬(shǔ)⭕電極帶(dai)🏃🏻電的正(zheng)離子逐(zhú)漸溶解(jie)于所測(cè)量的電(dian)解質流(liu)體,自身(shēn)帶負電(diàn)荷,緻使(shǐ)電解質(zhì)流體中(zhong)的正✨負(fu)電荷中(zhōng)心發生(sheng)相對位(wei)移,形成(cheng)複雜🔱的(de)電解雙(shuang)層結構(gòu)。雙電層(ceng)之間産(chan)生-一個(ge)電場,從(cong)而在電(diàn)解質流(liú)體和電(diàn)極之間(jian)形成電(diàn)位差。這(zhe)個電位(wèi)差就是(shì)極化電(diàn)勢。若兩(liǎng)電極結(jié)構完全(quán)相同,則(zé)極化電(diàn)勢會相(xiang)互抵消(xiao)。但由于(yu)兩電✉️極(ji)表面✍️的(de)結構差(cha)異,極化(hua)電勢會(huì)由共模(mo)電壓轉(zhuan)爲差🈚模(mo)電壓,并(bing)耦合在(zai)㊙️信🏃号.上(shang)。該極化(hua)電勢被(bèi)認爲是(shi)直流分(fèn)量[1,460而且(qie),電極表(biǎo)面上的(de)灰塵或(huo)放電離(li)子等沉(chén)積物會(hui)随着時(shi)間的推(tuī)移緩慢(man)👨‍❤️‍👨累積。當(dāng)有流💋動(dong)的電解(jiě)質流體(ti)出現或(huo)電解質(zhi)流體🈲流(liú)速發生(shēng)變化時(shi),這些累(lei)積的沉(chen)積物會(hui)被慢慢(màn)撕開。在(zài)這一💃-過(guò)程中,極(jí)化電勢(shi)大小會(huì)發生随(sui)機變化(hua),形成漂(piao)移的極(jí)化電壓(ya)”。極化電(dian)壓的大(da)小在一(yī)定程度(dù)上取決(jue)于電極(ji)的制作(zuo)材料和(he)所測量(liang)的電解(jie)質流體(tǐ)的性質(zhì);同時,也(ye)受溫度(dù)的影響(xiang)。
　　爲了研(yán)究極化(huà)噪聲的(de)特性,研(yan)制了對(dui)電極輸(shu)出信号(hao)進行放(fàng)大和高(gao)頻濾波(bo)的信号(hào)調理電(diàn)路1。配合(he)原有的(de)🎯變送器(qì),針對口(kou)徑爲40mm的(de)電磁流(liú)量傳感(gan)器,采集(ji)濾除高(gao)頻且放(fang)⛱️大的電(dian)極輸出(chū)信号,并(bing)進行頻(pin)譜分⁉️析(xi)。其中,勵(lì)磁頻率(lǜ)爲12.5Hz,水流(liú)量爲20m'/h,采(cai)樣頻率(lü)爲1500Hz,采樣(yang)時間爲(wèi)200s。信号調(diao)理電路(lu)1輸出信(xìn)号及頻(pín)譜如圖(tu)1所示。

　　觀(guān)察信号(hao)調理電(diàn)路的輸(shū)出信号(hào)可以發(fa)現:電極(ji)輸出信(xin)号經過(guò)信号調(diào)理電路(lu)放大後(hou)存在嚴(yan)重的漂(piāo)移現象(xiàng),信❄️号累(lei)✊積的漂(piāo)移量達(dá)到了1.2V,遠(yuǎn)大于70mV左(zuǒ)右的流(liu)量信号(hao)(流速爲(wèi)1m/s信号幅(fu)值約爲(wei)100μV,流量爲(wèi)20m/h時流速(sù)爲4.44m/s,信号(hao)幅值約(yuē)爲444μV,放大(da)170倍後約(yue)爲75.5mV;70mV爲觀(guan)測結🔴果(guo))。而該結(jie)🔞果僅僅(jin)是将電(dian)極輸出(chū)信号放(fàng)大了170倍(bei)。當放大(da)倍數更(gèng)大時,如(ru)果任由(yóu)電極輸(shu)出信号(hào)發生漂(piāo)移,那麽(me)放大器(qì)輸出信(xin)号很可(kě)能達到(dào)飽和,ADC的(de)供電電(dian)壓會達(dá)到5V,導緻(zhì)ADC無法正(zhèng)常工🍉作(zuo)。
　　爲了觀(guan)察流量(liàng)信号與(yu)極化噪(zào)聲的頻(pin)段分布(bu),将290000點信(xìn)✉️号💜去均(jun)🔅值😄後,從(cóng)4096點開始(shi)，等距取(qǔ)60段,每段(duan)4096點,分别(bié)作♋4096點的(de)快速傅(fu)裏葉變(bian)🙇🏻換(fastFouriertransform,FFT),并求(qiú)出其平(píng)均幅值(zhí)譜,如圖(tú)1(b)所示。由(you)圖1(b)可以(yǐ)看出:極(jí)化噪聲(sheng)以直流(liu)噪聲爲(wèi)主,主要(yào)分布于(yu)零頻附(fù)近的低(di)頻區域(yu),幾乎不(bú)與流量(liang)信号頻(pin)段重疊(dié)。當勵磁(cí)頻率🥰爲(wei)2.5~5Hz'[8]，可以用(yong)一👈個過(guo)渡帶特(tè)性較陡(dou)的高階(jie)低通濾(lü)波器來(lái)提取極(ji)化噪聲(shēng)✂️。
2極化噪(zào)聲抵消(xiao)方案
2.1抵(di)消原理(lǐ)
　　根據極(ji)化噪聲(shēng)的特性(xìng),同時考(kao)慮到硬(yìng)件系統(tong)處理噪(zao)聲更具(ju)實時性(xìng)與可靠(kao)性,提出(chu)一種基(jī)于前饋(kuì)控制的(de)自适應(ying)極化噪(zào)聲抵消(xiao)方案,并(bing)用硬件(jian)實現。噪(zào)⛹🏻‍♀️聲抵消(xiāo)❤️方法原(yuán)🌈理如圖(tu)2所示。


　　最(zui)後,在軟(ruan)件中通(tōng)過梳狀(zhuàng)帶通濾(lü)波和幅(fú)值解調(diào)等信号(hào)處理方(fang)法,濾除(chú)工頻幹(gan)擾和微(wei)分幹擾(rǎo)，就可以(yi)🔴得到🔆流(liu)速值。
2.2.硬(ying)件電路(lù)研制
　　根(gēn)據前饋(kui)控制的(de)自适應(yīng)極化噪(zao)聲抵消(xiāo)原理,設(she)計了信(xin)号調理(li)電路2,以(yi)實現極(jí)化噪聲(shēng)的濾除(chu)。信号調(diào)理電路(lu)2主要包(bāo)括前置(zhì)差分放(fang)大電路(lu)、極化噪(zào)聲提取(qu)與抵消(xiāo)電路、低(dī)通濾波(bō)放大電(dian)路三部(bu)分。調理(li)電路如(rú)圖3所🌐示(shì)。

①前置差(cha)分放大(da)電路。
　　前(qián)置差分(fèn)放大電(dian)路主要(yào)實現信(xin)号的放(fàng)大和共(gòng)模噪🚩聲(sheng)的抑制(zhi)。電路采(cǎi)用具有(yǒu)高共模(mó)抑制比(bǐ)、高增益(yì)✌️精度、低(di)失調漂(piao)🏃移、低增(zēng)益漂移(yí)的精密(mi)儀用放(fàng)大器。前(qian)置差分(fen)放大電(diàn)路如圖(tu)4所示。.


　　前(qian)置差分(fèn)放大電(dian)路設計(ji)時要考(kao)慮後級(ji)電路電(dian)壓匹‼️配(pèi)的問題(tí)。下級電(diàn)路芯片(piàn)供電電(dian)壓爲+5V,而(er)前置差(cha)分放♍大(dà)電路輸(shu)出信🎯号(hao)存在負(fu)電壓。因(yīn)此,需要(yào)加入直(zhi)流基準(zhǔn)。電極輸(shu)出信号(hào)中流✨量(liàng)信号及(jí)其他噪(zao)聲幅值(zhi)遠小👣于(yú)極化噪(zao)聲幅值(zhi)。由于檢(jiǎn)測到的(de)電極輸(shū)出信号(hao)中極化(huà)噪聲幅(fú)值🔱最大(da)爲+200mV，電路(lù)放大4.1倍(bei),那麽放(fàng)大器輸(shū)出⛷️的極(ji)化噪聲(sheng)幅值最(zui)大也隻(zhi)有+820mV。而電(diàn)路直接(jiē)加入了(le)2.5V的參考(kǎo)電壓，足(zu)以将前(qian)置差分(fèn)放大電(diàn)路輸出(chu)信号由(you)雙極性(xing)轉爲單(dan)極性。
②極(ji)化噪聲(sheng)提取與(yǔ)抵消電(dian)路。
　　極化(hua)噪聲提(tí)取與抵(dǐ)消電路(lù)是爲了(le)實現極(ji)化噪聲(shēng)的提取(qǔ)、抵消和(he)流量信(xin)号的放(fàng)大。電路(lu)分爲極(ji)化噪聲(shēng)提☎️取電(dian)路和噪(zao)聲抵消(xiao)與放大(dà)電路,分(fen)别由八(ba)階巴特(tè)沃✍️斯低(di)通濾波(bo)器和精(jing)密儀用(yong)放大器(qì)構成。
　　極(jí)化噪聲(shēng)提取電(dian)路通過(guò)八階巴(ba)特沃斯(si)低通濾(lǜ)波器來(lai)提取極(ji)🌏化噪聲(sheng)。此低通(tong)濾波器(qì)過渡帶(dai)非常窄(zhai),其截🔱止(zhi)頻率f。的(de)大小可(ke)以通過(guò)外接電(diàn)容在1Hz~2kHz之(zhī)間調節(jie)。當fiw=2f。時,信(xìn)号增✉️益(yì)爲-48dB,輸出(chu)信号衰(shuāi)減爲原(yuan)信号的(de)1/251。當fw=3f時,信(xìn)号增益(yì)爲-76dB,輸出(chū)🌍信号衰(shuāi)減🈲爲原(yuan)信号🏃的(de)1/6310。如設置(zhi)f。=1Hz,那麽輸(shū)出信号(hao)中完整(zhěng)保留1Hz及(jí)以下頻(pin)段的信(xin)号,1~3Hz内✌️的(de)信号出(chu)現不同(tong)程度衰(shuai)減,3Hz及以(yi)上信号(hào)被完全(quán)衰減。由(you)此就可(kě)以通過(guò)該八階(jie)低頻濾(lǜ)波器濾(lü)除勵磁(cí)⛱️頻率12.5Hz(6.25Hz.3.125Hz)及(ji)以上頻(pín)段的信(xin)号,精确(què)提取出(chu)極化噪(zào)聲。
　　噪聲(shēng)抵消與(yǔ)放大電(diàn)路中,采(cai)用前置(zhi)差分放(fàng)大後的(de)電極輸(shu)出信号(hào)減去低(dī)通濾波(bo)器提取(qǔ)的極化(hua)噪聲🈚,以(yǐ)實現極(ji)化噪😘聲(sheng)的自适(shì)🏃🏻應抵消(xiao)。此時,經(jīng)過噪聲(shēng)抵消後(hòu)的信号(hao)中隻含(hán)有流量(liang)信号和(he)高頻噪(zào)聲,而且(qiě)☎️高頻噪(zào)聲幅值(zhí)小于流(liú)量信号(hao)⚽幅值,因(yin)此可以(yǐ)通過🔴放(fàng)大器實(shi)現信号(hào)的更高(gāo)倍數放(fang)大。以口(kǒu)徑爲40mm的(de)電❌磁流(liú)量傳感(gan)器⭐爲例(lì):當流速(su)爲5m/s時,檢(jian)測到流(liu)量信号(hào)峰峰值(zhí)爲1mV;以10m/s爲(wei)流速上(shàng)限☁️，則流(liú)量信号(hào)峰峰值(zhi)最大爲(wèi)2mV。由于ADC采(cai)用5V供電(dian),考‼️慮到(dao)芯片性(xìng)能等因(yin)🈲素,不可(ke)能将流(liu)量信号(hao)完全放(fang)大😄到芯(xīn)片供電(dian)電壓範(fàn)圍🔞。對此(cǐ),将信号(hào)最大放(fang)大到+4V,那(nà)麽信号(hào)調理電(diàn)路最大(dà)放大🔅倍(bei)數可達(da)4000倍📐。扣除(chú)前置放(fàng)大4.1倍,那(nà)麽後兩(liǎng)級電路(lu)最大可(kě)放大975倍(bei)。
③低通濾(lü)波放大(da)電路。
　　低(dī)通濾波(bo)放大電(diàn)路的主(zhu)要目的(de)是實現(xiàn)高頻噪(zào)聲的濾(lü)除。
　　電極(jí)輸出信(xin)号經過(guo)自适應(ying)極化噪(zao)聲抵消(xiāo)後,除了(le)🌈12.5Hz(6.25Hz3.125Hz)的流量(liang)信💃🏻号外(wai)，還存在(zai)高頻噪(zao)聲。高頻(pin)噪聲進(jin)人ADC後,可(kě)能☔會造(zao)成信号(hào)的混疊(dié)。所以,需(xu)要采用(yong)低通濾(lü)波器來(lái)濾除高(gāo)頻噪聲(sheng)。
低通濾(lü)波放大(da)電路如(rú)圖6所示(shi)，

　　低通濾(lü)波放大(dà)電路采(cǎi)用兩級(jí)二階巴(ba)特沃斯(si)低通濾(lü)波器級(jí)聯來構(gòu)成四階(jie)低通濾(lü)波器,其(qí)放大倍(bei)數爲10.9倍(bèi)。考慮到(dào)能更多(duō)地保🍉留(liu)流量信(xìn)号的諧(xie)波，設置(zhi)濾波器(qi)截止頻(pin)率爲1.5kHz。
3驗(yan)證試驗(yàn)
　　爲了驗(yàn)證基于(yú)前饋控(kong)制的自(zì)适應極(jí)化噪聲(sheng)抵消方(fang)法的效(xiào)果,設計(ji)了信号(hao)調理電(dian)路2,并替(tì)換本課(ke)題💯組研(yán)👌制的電(dian)磁流量(liàng)變送器(qì)中的信(xìn)号調理(li)電路;再(zai)匹配電(dian)磁流量(liang)傳感器(qi),組成了(le)一個完(wán)💔整的基(jī)于數字(zi)信号處(chù)理器(digitalsignalprocessor,DSP)的(de)電磁流(liú)量計[8-0,。在(zai)容積法(fǎ)水流量(liang)标定裝(zhuāng)置上進(jìn)行了信(xìn)号調理(lǐ)電路濾(lǜ)波試驗(yan)、電磁流(liú)🌏量計水(shui)流量标(biāo)❓定試驗(yàn)和降ADC位(wei)數試驗(yàn)。
3.1試驗裝(zhuang)置
　　試驗(yan)裝置由(you)水流量(liàng)标定裝(zhuang)置和數(shu)據采集(ji)系統組(zu)成🔞,如圖(tú)7所示。

　　圖(tu)7中:水流(liu)量标定(dìng)裝置的(de)不确定(dìng)度爲0.2%,電(diàn)磁流量(liàng)傳感器(qi)口徑爲(wei)40mm,電磁流(liu)量變送(sòng)器的勵(li)磁頻率(lü)爲12.5Hz。信号(hao)調理電(dian)路放大(da)倍數和(hé)ADC位數可(ke)調:在信(xìn)号調理(lǐ)電路濾(lǜ)波試驗(yan)和電磁(cí)流量計(jì)水流量(liàng)标定試(shi)驗中放(fàng)大倍數(shù)爲340倍,ADC位(wèi)數爲24位(wèi);在降ADC位(wèi)數試驗(yàn)中放大(dà)倍數爲(wèi)3500倍,取24位(wèi)ADC的高14位(wèi)來模拟(ni)16位ADC。
3.2信号(hao)調理電(dian)路濾波(bō)試驗
　　爲(wei)驗證基(jī)于自适(shi)應極化(huà)噪聲抵(di)消方法(fǎ)的信号(hào)調理電(diàn)💘路對⛱️極(ji)化噪聲(shēng)的消除(chu)效果,在(zai)信号調(diào)理電路(lu)2輸人🎯信(xin)号不斷(duan)發生漂(piāo)移的情(qíng)況下(如(rú)圖1(a)中情(qing)況),通過(guò)上位機(ji)(采樣頻(pín)率1500Hz,采樣(yàng)時長200s)采(cǎi)集流速(sù)爲5m/s(流速(su)越大,極(jí)化噪♻️聲(shēng)幅值越(yue)大)的信(xin)号調理(li)電路2輸(shū)出信号(hào),并對其(qi)進行了(le)頻譜分(fen)析💛。
信号(hào)調理電(dian)路2輸出(chu)信号及(ji)頻譜圖(tú)如圖8所(suǒ)示。
　　觀察(cha)信号調(diao)理電路(lù)2輸出信(xin)号,發現(xian)經過自(zì)适應極(ji)化噪聲(shēng)抵消後(hòu),信号平(píng)穩分布(bù)于零點(dian)上下,基(jī)本不存(cun)在漂移(yi)的現象(xiàng),如圖8(a)所(suǒ)示。
　　信号(hào)頻譜分(fen)析方法(fa)與圖1(b)噪(zào)聲分析(xi)時的相(xiang)同,即将(jiang)✂️290000點信号(hao)去基準(zhǔn)後,從4096點(dian)開始，等(děng)間距取(qǔ)60段,每段(duàn)4096點,再分(fèn)别作4096點(dian)FFT,最後求(qiu)出其平(ping)均幅值(zhí)譜,如圖(tú)8(b)所示。根(gēn)據✔️頻譜(pu)圖可以(yi)發現:經(jing)過自适(shi)應極化(hua)噪聲抵(di)消後信(xìn)号調理(lǐ)電路2輸(shū)出信号(hào)中基本(běn)不存在(zài)極化噪(zào)聲,隻存(cun)在12.5Hz的流(liú)量信号(hao)。由此說(shuō)明,基于(yú)前饋🆚控(kong)制的自(zi)适應極(ji)化噪聲(sheng)抵消電(diàn)路能有(yǒu)效♋濾除(chu)電極輸(shū)出☁️信号(hao)中的極(jí)化噪聲(sheng)。

3.3電磁流(liú)量計水(shui)流量标(biāo)定試驗(yàn)
　　爲了測(ce)試基于(yú)自适應(yīng)極化噪(zao)聲抵消(xiāo)方法的(de)信号調(diao)理電😄路(lù)2的實際(jì)效果,進(jìn)行了容(róng)積法水(shuǐ)流量标(biao)定試驗(yàn)。标定❓試(shì)驗中,在(zai)流速爲(wei)0.15~5m/s的範圍(wéi)内，共選(xuǎn)取了6個(ge)标定點(diǎn),并通過(guò)示值誤(wu)差拟合(he)方法計(ji)算儀表(biao)系數"],然(ran)後驗證(zhèng)了電磁(ci)流量計(ji)的精度(du)。放大340倍(bèi)24位ADC水流(liu)量⛷️标定(ding)試驗結(jie)果如表(biao)1所示‼️。

　　由(you)表1可知(zhi):在流速(sù)爲0.5~5m/s的範(fan)圍内,電(dian)磁流量(liang)計的最(zui)大測量(liàng)誤差都(dou)在+0.3%以内(nei),重複性(xìng)誤差均(jun1)在0.1%以内(nei),滿足0.3級(jí)電磁流(liu)量計要(yao)求。該結(jie)果🈲說明(ming),采用該(gai)信号調(diao)理電路(lu)的基♻️于(yú)DSP的電磁(cí)流量計(jì)具有很(hen)好的♊測(cè)量精度(dù)。同🈲時,與(yǔ)放大💚倍(bèi)數爲180倍(bei)的電磁(ci)流量計(ji)相比，該(gai)設計提(ti)高了流(liu)量信号(hao)的放大(dà)倍數,可(kě)以實現(xian)更低流(liú)量的💜測(cè)量,即可(ke)以采用(yong)該方法(fa)來拓寬(kuan)電磁流(liu)量計的(de)測量下(xià)限。
3.4降ADC位(wèi)數試驗(yan)
　　當電路(lu)放大倍(bei)數較大(da)時，流量(liang)信号幅(fú)值相應(yīng)較高,對(dui)🧡ADC分辨㊙️率(lü)的要求(qiú)降低,這(zhè)樣就可(ke)以采用(yong)位數較(jiao)低🛀的ADC來(lái)實現信(xìn)号的測(ce)量。同㊙️時(shí)，降低ADC位(wei)數也将(jiāng)降低電(dian)路的成(cheng)本。所以(yǐ),通過改(gǎi)變電路(lù)的放大(da)倍數和(hé)ADC采樣位(wèi)數，并采(cǎi)🈲用水流(liu)量标定(ding)試驗進(jìn)行驗證(zhèng)㊙️。
　　電極輸(shu)出信号(hào)經過自(zi)适應極(ji)化噪聲(shēng)抵消後(hòu),信号調(diao)🌂理電路(lù)2最大放(fang)大倍數(shu)可達4000倍(bei)。所以,可(kě)将信号(hao)調☁️理電(diàn)路2的放(fàng)大倍數(shù)由340倍提(tí)高至3500倍(bèi)。普通DN40的(de)電磁流(liu)☀️量傳感(gan)器流速(su)測量下(xia)限爲0.5m/s,通(tōng)過上位(wei)機采集(jí)了放大(dà)3500倍的信(xin)号,發.現(xiàn)流速0.5m/s時(shi)信号峰(feng)峰值約(yuē)爲346.7mV,而測(ce)量🌂電壓(yā)範圍爲(wèi)+5V的16位ADC的(de)分辨率(lǜ)爲153μV,足以(yi)識别信(xìn)号。所以(yi),采用了(le)16位ADC。16位⚽ADC有(yǒu)效位數(shù)-一般在(zai)14~16位。爲了(le)方便在(zài)💁同等條(tiáo)件下驗(yàn)證效果(guǒ),不再重(zhòng)新設計(jì)電路,而(er)是在标(biao)定時取(qu)原有24位(wei)ADC的高14位(wei)💚來模拟(ni)16位ADC的效(xiao)果。
　　在流(liú)速爲0.5~5m/s的(de)範圍内(nèi)，共選取(qu)了5個标(biao)定點,并(bìng)通過示(shì)😄值誤🔞差(cha)拟合方(fang)法計算(suàn)出儀表(biao)系數。然(rán)後,驗證(zhèng)電磁🤞流(liu)量👨‍❤️‍👨計的(de)精度。放(fàng)大3500倍、16位(wèi)💯ADC水流量(liang)标定試(shì)驗結果(guo)如表2所(suǒ)示。

　　由表(biao)2可知:在(zai)流速爲(wei)0.5~5m/s的範圍(wéi)内,電磁(ci)流量計(ji)的最大(da)🔴測💃量🈲誤(wù)差都在(zài)+0.3%以内,重(zhòng)複性誤(wù)差均在(zài)0.1%以内,滿(mǎn)足0.3級電(dian)磁🌐流量(liàng)🔱計要求(qiu)。這📞說明(míng)提出的(de)基于硬(yìng)件系統(tong)前饋控(kòng)制的自(zì)适應極(jí)化💛噪聲(shēng)抵消方(fāng)法能有(yǒu)效抵消(xiao)極化噪(zao)聲,可以(yi)将信🌈号(hao)放大較(jiào)高的倍(bei)數👨‍❤️‍👨,從而(er)有效✍️降(jiang)低ADC的采(cai)樣位數(shù),并減少(shao)成本。另(ling)外，濾除(chú)極化噪(zao)聲後,放(fàng)大的電(diàn)極輸出(chu)信号幅(fú)值在電(dian)路中不(bu)會超過(guo)🥵+5V。這樣就(jiu)可⚽以将(jiang)電🍉路中(zhōng)芯⭕片的(de)供電電(dian)壓降至(zhi)+5V,以減小(xiao)電路功(gōng)耗。
4結論(lùn)
　　極化噪(zào)聲幅值(zhi)遠高于(yú)流量信(xìn)号幅值(zhi),會造成(chéng)電極輸(shū)出信🈲号(hào)信噪比(bǐ)較低;同(tong)時，極化(hua)噪聲的(de)漂移會(huì)限制電(dian)路的放(fang)大倍數(shu),增加了(le)ADC采樣位(wèi)數、電路(lu)成本、功(gōng)🏒耗等。針(zhen)對這些(xiē)🔞問題,通(tong)❌過對電(diàn)🌍極輸出(chu)👅信号采(cǎi)集與頻(pin)譜分析(xi),研究了(le)極化噪(zào)聲的分(fèn)布特性(xing),發現漂(piāo)移✨的極(ji)化噪聲(shēng)主要分(fen)布于零(ling)頻附近(jin)的低頻(pín)區域,基(ji)❗本不與(yǔ)信号頻(pín)🐪段重疊(die)。
　　根據極(jí)化噪聲(sheng)的分布(bu)特性,提(tí)出了一(yī)種基于(yu)前饋控(kòng)制的自(zi)适應極(jí)化噪聲(sheng)抵消方(fang)案,并用(yong)硬件系(xi)統實現(xiàn)。前置差(cha)分放大(dà)後的😄電(dian)極輸出(chū)信号經(jīng)過一一(yī)個八階(jie)低通濾(lü)波器,提(ti)取出其(qí)中的極(ji)化噪聲(sheng);然後以(yǐ)極化噪(zào)聲作爲(wei)前饋量(liang),經過🈲下(xià)級放大(dà)器,用差(chà)分⭐放大(da)後的電(dian)極輸出(chu)信号🐉減(jian)去極化(huà)噪聲,以(yi)此實現(xiàn)極化噪(zào)聲的自(zi)适應抵(dǐ)消。
　　爲驗(yan)證該方(fang)案的實(shi)際效果(guǒ),設計了(le)信号調(diào)理電路(lù)2,配🔞合課(kè)題組原(yuan)有的變(biàn)送器及(jí)DN40傳感器(qi)，在容積(ji)法水流(liu)量标定(dìng)裝置上(shang)進行了(le)😍試驗。信(xìn)号調理(lǐ)電路濾(lü)波試驗(yan)結果表(biao)明,該系(xi)統能夠(gou)有效消(xiāo)除電極(jí)輸出信(xìn)号中的(de)極🚶化噪(zào)聲。電磁(cí)流量計(jì)水流量(liang)标定試(shì)驗結果(guo)表明,當(dāng)信号調(diao)理電路(lu)放大340倍(bei)、ADC爲24位時(shí),在流速(sù)爲0.5~5m/s的範(fàn)圍内，流(liú)量計的(de)精度爲(wei)0.3級。這說(shuo)明采用(yòng)自适應(yīng)極化噪(zao)聲抵消(xiāo)方🌍法的(de)信号調(diao)理電路(lu)2能夠滿(mǎn)足實際(ji)測量要(yào)求，且提(ti)高信号(hao)放大倍(bei)數可以(yǐ)實現更(gèng)低流量(liang)的測量(liang)。降ADC位數(shù)試驗結(jié)果表明(míng),将信号(hào)調理電(diàn)路放大(dà)倍數提(ti)高㊙️至3500倍(bèi),同時用(yong)24位ADC的高(gāo)14位💯來模(mo)拟16位ADC,在(zài)流速爲(wei)0.5~5m/s的範圍(wéi)内,流量(liang)計的精(jing)度可達(da)0.3級。這說(shuō)明基于(yu)前饋控(kong)制的自(zi)适應極(ji)化噪聲(shēng)抵消方(fang)法可以(yǐ)将信号(hào)放🔅大較(jiao)高的倍(bèi)數,從而(er)有效降(jiàng)低ADC的采(cǎi)樣位☎️數(shù)、芯片供(gòng)電電壓(yā)，以及電(dian)路成本(běn)和功耗(hao)。

以上内(nèi)容源于(yú)網絡，如(ru)有侵權(quan)聯系即(jí)删除!