计算机可读介质、电磁式流速计、电磁式流量计

摘要

一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质，物理量计算程序包括输入模块、压频转换模块、频率测算模块、物理量换算模块和输出模块，数字信号对应的测量输出模拟信号包括正向激发测量时段输出信号、停止正向激发测量时段输出信号、反向激发测量时段输出信号、停止反向激发测量时段输出信号。一种电磁式流速计、电磁式流量计，包括电磁式流速敏感元件、放大滤波电路、采样电路和可编程逻辑器件，可编程逻辑器件连接有存储物理量计算程序的计算机可读介质。通过同方向激发测量时段的电压减去停止同方向激发测量时段的电压，降低电路的系统误差，提高物理量致变信号相关的物理量输出精度。

说明书

技术领域

本发明涉及流速测量技术领域，具体涉及一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质，以及一种电磁式流速计，一种电磁式流量计。

背景技术

电磁流量计的敏感元件的输出电压在微伏或毫伏量级，即使经放大、滤波处理后也不易于提取。而且，在放大处理过程中，噪声也同步放大，滤波处理并不能完全剔除噪声。发明人检索现有技术后，未检得适于处理电磁式流速敏感元件输出信号，以得到采样芯片能够采样的电信号，且能够降低噪声干扰的技术。

一般的，流量计的测量原理是：测量流速敏感元件处的流速，结合获得的流速敏感元件处的流道截面积，换算得到流速敏感元件处的体积流量。

现有技术中，压频转换技术多用于信号的远距离传输。比如专利文献CN106018941A记载的一种基于压频转换技术的脉冲高压测量平台及专利文献CN201947271U记载的一种基于光纤通信的压频变换调制解调装置中，均采用压频转换、频率计数、频压转换步骤实现信号的远距离传输。

发明内容

本发明的目的是提供一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质、一种电磁式流速计、一种电磁式流量计，以提高使用电磁式流速敏感元件获取的流速或流量的测量精度。

本发明的技术方案是：

一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质，所述物理量计算程序包括：

输入模块，用于接收对应于测量输出模拟信号的数字信号，所述测量输出模拟信号包括正向激发测量时段输出信号、停止正向激发测量时段输出信号、反向激发测量时段输出信号、停止反向激发测量时段输出信号；

压频转换模块，用于根据压频转换函数转换数字信号为第A1信号；

频率测算模块，用于测算第A1信号的对应于正向激发测量时段的信号频率

物理量换算模块，根据压频转换函数获得数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压

式中，V

输出模块，用于输出物理量。

优选的，令所述正向激发测量时段、停止正向激发测量时段、反向激发测量时段和停止反向激发测量时段的任一时段为频率计数时段，计数第A1信号的频率计数时段内频率f

优选的，所述输出模块输出的物理量为数字信号的对应于流速致变信号的电压V

优选的，所述测量输出模拟信号为流速测量输出信号，由测量输出模拟信号转换为数字信号的信号放大倍数为G，G≠0，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±V

所述输入模块还用于接收信号放大倍数G、信号模数转换处理中模数转换电路参考电压区间2·V

压频转换函数为

V(f)＝f×(2·V

式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·V

所述物理量换算模块还用于计算流经流速敏感元件的流速

式中，V

所述输出模块输出的物理量为流经流速敏感元件的流速V

优选的，所述测量输出模拟信号为流速测量输出信号，由测量输出模拟信号转换为数字信号的信号放大倍数为G，G≠0，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±V

所述输入模块还用于接收信号放大倍数G、信号模数转换处理中模数转换电路参考电压区间2·V

压频转换函数为

V(f)＝f×(2·V

式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·V

所述物理量换算模块还用于计算单位时间内流经流速敏感元件的体积流量

式中，Q

所述输出模块输出的物理量为单位时间内流经流速敏感元件的体积流量Q

一种电磁式流速计，包括电磁式流速敏感元件、放大滤波电路、采样电路和可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件的计算机可读介质内存储有前述的物理量计算程序，或者，所述可编程逻辑器件连接有前述的存储有物理量计算程序的计算机可读介质，所述输出模块输出的物理量为流速。

优选的，所述电磁式流速敏感元件为低频矩形波励磁式流速敏感元件。

一种电磁式流量计，包括电磁式流速敏感元件、放大滤波电路、采样电路和可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件的计算机可读介质内存储有前述的物理量计算程序，或者，所述可编程逻辑器件连接有前述的存储有物理量计算程序的计算机可读介质，所述输出模块输出的物理量为体积流量。

优选的，所述电磁式流速敏感元件为低频矩形波励磁式流速敏感元件。

本发明的有益效果是：

1.本发明的方法利用正向激发测量时段、停止正向激发测量时段测量系统的一致性，以及反向激发测量时段、停止反向激发测量时段测量系统的一致性，可以减少测量输出模拟信号转换为数字信号过程中掺杂的电路元器件处理测量输出模拟信号引起的微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰，可以减少系统误差。使用压频转换函数求得平均电压，有助于降低物理量微幅波动引起的信号波动造成的物理噪声干扰(应用在流速测量上，物理噪声干扰表现为流动噪声、浆液噪声)，还可以增加信号的传输距离。

2.本发明的方法应用在流体的流速或流量测量上时，可以明显降低系统误差。

3.同进使用式(1)和式(2)极大消除了微分干扰、同相干扰，极化干扰、流动噪声、浆液噪声，串模干扰、共模干扰等，极大提高了测量精度，可以有效区分0～10m/s流速下的流速致变电信号和噪声，尤其是0～0.5m/s流速下的流速致变电信号和噪声。

附图说明

图1为一种低频矩形波励磁电路的驱动电信号示意图，图中，T为一个物理量测量周期。

图2为一种低频矩形波励磁式流速敏感元件输出的电信号，图中，T为一个物理量测量周期。

具体实施方式

下面结合附图，以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。

电磁流量计利用法拉第电磁感应原理，即：导电流体切割外加磁场时，产生感应电势。通过测量感应电动势，可以获得电磁流速敏感元件处的导电流体流速。当导体在磁场中做切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。存在以下公式：

E＝K

Q

式中，E为感应电势，K

一般的，电磁流速敏感元件设置在圆管内，则

式中，D为圆管直径，即电磁流速敏感元件的两电极间距。

此外，电磁流速敏感元件也可以设置在矩形管内，则

S＝H·L (9)

式中，H为矩形管内腔长度，L为矩形管内腔宽度，电磁流速敏感元件的两电极为与矩形管长度或宽度相平齐的电极。

理论上，在管道里介质的平均流速为零的条件下，采集到的感应电势E也为零，但是由于流体接近零点时，电磁流速传感器输出信号中含有大量的噪声：微分干扰、同相干扰，极化干扰、流动噪声、浆液噪声，串模干扰、共模干扰，这使低流速下的感应电势信号完全淹没在噪声信号之中，以至于难以区分零点和小于0.25m/s流速下的信号，甚至0.25m/s～0.5m/s流速下的信号也无法区分。

其中，励磁方式决定着电磁流速计的抗干扰能力的大小和零点稳定性。目前，主要采用低频矩形波励磁，它具有不产生涡流效应、不产生正交干扰、同相干扰，不产生极化效应等优点。

实施例1：一种数字信号处理方法，数字信号为物理量测量周期T内的测量输出模拟信号经模数转换后的信号。

测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。

设物理量测量周期T包括激发测量时段和停止激发测量时段，包括以下步骤：

获取数字信号的激发测量时段的平均电压V

V

式中，V

本实施例中的数字信号处理方法可以降低微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰对获取数字信号的对应于物理量致变信号的电压影响。

实施例2：一种数字信号处理方法，数字信号为物理量测量周期T内的测量输出模拟信号经模数转换后的信号。

测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。

设物理量测量周期T包括激发测量时段和停止激发测量时段，包括以下步骤：

使用压频转换函数压频转换数字信号为第A1信号，计数第A1信号的激发测量时段内频率f

V

式中，V

其中，计数第A1信号的激发测量时段内频率f

其中，计数第A1信号的停止激发测量时段内频率f

本实施例的数字信号处理方法除了可以降低微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰对获取数字信号的对应于物理量致变信号的电压影响，还可以降低物理量微幅波动引起的信号波动(物理噪声干扰)对获取数字信号的对应于物理量致变信号的电压影响。

实施例3：一种数字信号处理方法，数字信号为物理量测量周期T内的测量输出模拟信号经模数转换后的信号。

测量输出模拟信号由物理量致变信号、物理量微幅波动引起的信号波动构成，测量输出模拟信号转换为数字信号过程中还会掺杂电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰，其中，物理量微幅波动引起的信号波动可以称之为物理噪声干扰，电路元器件处理测量输出模拟信号造成的干扰波动有微分干扰、同向干扰、极化干扰、串模干扰、共模干扰。

设物理量测量周期T包括正向激发测量时段、停止正向激发测量时段、反向激发测量时段和停止反向激发测量时段，包括以下步骤：

获取数字信号的正向激发测量时段平均电压

则在物理量测量周期T内，数字信号的对应于物理量致变信号的电压

式中，V

实施例4：实施例1-3中的数字信号处理方法在流速测量上的应用，流速敏感元件为低频矩形波励磁式流速敏感元件，包括以下步骤：

初处理流速测量输出模拟信号，得到数字信号，其中，流速测量输出模拟信号转换为数字信号的信号放大倍数为G，G≠0，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±V

压频转换数字信号，以获得第A1信号，分别测算第A1信号的正向激发测量时段的信号频率

式中，V

其中，压频转换函数可以使用

V(f)＝f×(2·V

式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·V

计取流经流速敏感元件的流速

式中，V

发明人应用于本实施例的具体参数选择为：流速敏感元件可以选择低频矩形波励磁式流速敏感元件；测量输出模拟信号为流速测量输出信号，流速测量输出信号经信号放大处理、信号滤波处理和模数转换处理后得到数字信号，其中，信号放大倍数为G＝100，信号滤波处理中将频率≥100Hz的信号进行强烈抑制和衰减，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±0.825V，即V

根据流速与流量换算公式，还可以计取流经流速敏感元件的体积流量

Q

式中，Q

实施例5：一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质，物理量计算程序包括：

输入模块，用于接收对应于测量输出模拟信号的数字信号，以及测量输出模拟信号转换为数字信号过程中模数转换电路参考电压极值为±V

压频转换模块，用于根据压频转换函数转换数字信号为第A1信号；其中，压频转换函数采用

V(f)＝f×(2·V

式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·V

频率测算模块，用于测算第A1信号的对应于正向激发测量时段的信号频率

物理量换算模块，根据压频转换函数获得数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压

式中，V

输出模块，用于输出数字信号的对应于流速致变信号的电压V

实施例6：一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质，物理量计算程序包括：

输入模块，用于接收对应于测量输出模拟信号的数字信号，以及测量输出模拟信号转换为数字信号过程中信号放大倍数G、模数转换电路参考电压区间2·V

压频转换模块，用于根据压频转换函数转换数字信号为第A1信号；其中，压频转换函数采用

V(f)＝f×(2·V

式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·V

频率测算模块，用于测算第A1信号的对应于正向激发测量时段的信号频率

物理量换算模块，根据压频转换函数获得数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压

式中，V

计算流经流速敏感元件的流速

式中，V

输出模块，用于输出流经流速敏感元件的流速V

发明人应用于本实施例的具体参数选择为：流速敏感元件可以选择低频矩形波励磁式流速敏感元件；测量输出模拟信号为流速测量输出信号，流速测量输出信号经信号放大处理、信号滤波处理和模数转换处理后得到数字信号，其中，信号放大倍数为G＝100，信号滤波处理中将频率≥100Hz的信号进行强烈抑制和衰减，信号模数转换处理中模数转换电路参考电压极值为±0.825V，即V

实施例7：一种存储有物理量计算程序的计算机可读介质，物理量计算程序包括：

输入模块，用于接收对应于测量输出模拟信号的数字信号，以及测量输出模拟信号转换为数字信号过程中信号放大倍数G、模数转换电路参考电压区间2·V

压频转换模块，用于根据压频转换函数转换数字信号为第A1信号；其中，压频转换函数采用

V(f)＝f×(2·V

式中，V为数字信号的电压，f为第A1信号的频率，2·V

频率测算模块，用于测算第A1信号的对应于正向激发测量时段的信号频率

物理量换算模块，根据压频转换函数获得数字信号的对应于正向激发测量时段的平均电压

式中，V

物理量换算模块还用于计算单位时间内流经流速敏感元件的体积流量

式中，Q

输出模块，用于输出单位时间内流经流速敏感元件的体积流量Q

实施例8：一种电磁式流速计，包括电磁式流速敏感元件、放大滤波电路、采样电路和可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件的计算机可读介质内存储有实施例6所述的物理量计算程序，或者，所述可编程逻辑器件连接有实施例6所述的存储有物理量计算程序的计算机可读介质，所述物理量为流速。

其中，电磁式流速敏感元件可以选择低频矩形波励磁式流速敏感元件。

实施例9：一种电磁式流量计，包括电磁式流速敏感元件、放大滤波电路、采样电路和可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件的计算机可读介质内存储有实施例7所述的物理量计算程序，或者，所述可编程逻辑器件连接有实施例7所述的存储有物理量计算程序的计算机可读介质。

其中，电磁式流速敏感元件可以选择低频矩形波励磁式流速敏感元件。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽地说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明得发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本发明隐含公开的内容。