摘要(yao):電磁流量(liang)計 是一種(zhong)應用廣泛(fàn)的測量導(dǎo)電液體體(ti)積流量的(de)儀表。測量(liàng)時,金屬電(diàn)極與電解(jie)質會發生(sheng)電化學反(fǎn)應,産生極(ji)化噪聲。極(jí)化噪聲幅(fu)值遠高于(yú)流量信号(hao)幅值,使電(dian)極輸出信(xìn)号信噪比(bǐ)較低;極化(huà)噪聲存在(zai)漂移的現(xian)象,會影響(xiang)電磁流量(liàng)計變送器(qi)的信号調(diào)理💰工作,限(xian)制電路的(de)放大倍🔆數(shu),增加ADC采樣(yàng)位數電路(lu)成🐇本、功耗(hao)等。對此,提(ti)出了一種(zhǒng)基❌于前饋(kui)控制的自(zi)适應極化(huà)噪聲抵消(xiao)方案，設計(ji)了相應的(de)信号調理(lǐ)電路,通過(guo)硬件電路(lu)實時提取(qu)和抵消極(jí)化噪聲極(jí)大✨地提高(gāo)了🚶‍♀️電極輸(shū)出信号信(xìn)噪比。通過(guo)試驗,驗證(zheng)了💛該方案(an)不但能有(yǒu)效濾除極(ji)化噪聲,而(er)且🏒能提高(gāo)信号調理(li)電路的放(fàng)大倍數、減(jian)👣少ADC的采樣(yàng)位數減少(shao)電路的成(cheng)本和功耗(hao)。
0引言
　　電磁(cí)流量計是(shi)一種根據(jù)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律測👣量導(dǎo)電液💃🏻體體(tǐ)積流量的(de)儀表,廣泛(fàn)應用于石(shi)油、化工、冶(yě)✨金、造紙等(deng)行業🈚。信号(hào)測量時,傳(chuán)感器電極(jí)拾取流量(liang)信号和噪(zào)聲信号。流(liú)量信号幅(fú)值一.般爲(wei)幾十到數(shu)百微伏。而(ér)噪聲信号(hao)中的極化(huà)噪聲㊙️存在(zai)漂移的現(xian)象,幅值💘一(yī)般在幾毫(hao)伏到數百(bai)毫伏區間(jiān)變化,也有(yǒu)可能達到(dào)數伏"。兩者(zhe)幅值💜的巨(ju)大差異以(yi)及極化噪(zao)聲無法通(tōng)過良好的(de)接地或者(zhe)改變勵磁(ci)的方式消(xiāo)除,極大地(di)影響了信(xin)噪比。
　　爲了(le)提高電磁(ci)流量計傳(chuán)感器輸出(chū)信号的信(xin)噪比✉️，目前(qián)，國内外主(zhu)要有四種(zhong)解決方案(àn)。
①極化噪聲(sheng)補償的方(fāng)案。根據極(jí)化噪聲緩(huǎn)慢變化的(de)特點,采用(yòng)不✂️勵磁時(shi)段極化噪(zào)聲來補償(chang)勵磁時段(duan)的極化噪(zào)聲。但是,由(yóu)于極化噪(zào)聲的不規(guī)律性,會導(dao)緻電磁流(liu)量計的零(líng)點較差。
②低(dī)通濾波反(fan)饋的方案(an)[2]。根據極化(huà)噪聲所處(chù)的頻帶略(luè)低于流量(liang)信号的特(te)點,采用一(yī)階低通濾(lü)波器提取(qu)極化噪聲(shēng),并🌂進行反(fǎn)饋♊補償。但(dàn)是,低通濾(lü)波器的🏃🏻‍♂️過(guò)渡帶⭐很寬(kuan),會使流量(liàng)🛀🏻信号出現(xian)畸變㊙️的現(xiàn)象。因此，該(gai)方案被用(yong)在瞬态勵(lì)磁中,尚未(wèi)應用于👈商(shang)用儀表😄。
③采(cai)用精度高(gāo)的模數轉(zhuǎn)換器(analogtodigitalconverter,ADC)的方(fang)案。利用32位(wei)精度高的(de)模數轉🌏換(huan)器直接采(cai)集信号,然(ran)後通過數(shu)字信号處(chù)理方法提(tí)取出流量(liang)信♋号。但該(gai)方案增加(jiā)了程序😄的(de)複雜性。同(tong)時,精度高(gāo)的模數轉(zhuǎn)換器的分(fèn)辨率與🙇🏻采(cǎi)樣率成💋反(fǎn)比。因此🏃‍♀️，.爲(wei)了保證較(jiao)高的分辨(bian)率,隻能使(shi)用很低的(de)勵磁頻率(lǜ)。
④阈值控制(zhì)的偏置調(diao)節方法”。當(dāng)信号超過(guo)設定的阈(yù)值時,數字(zi)信号處理(lǐ)器(digitalsignalprocessor,DSP)控制數(shu)模轉換器(qi)(digitaltoanalogconverter,DAC)模塊輸出(chu)偏置調節(jiē)電壓☁️,将傳(chuán)感器輸出(chū)信号調整(zheng)到0附近。但(dàn)這種調節(jie)方法會使(shi)流量信号(hào)産生一個(gè)跳變，對後(hou)🔞續的梳狀(zhuang)帶通濾波(bō)造成影響(xiǎng),導緻輸出(chū)🛀信号出現(xian)間斷性錯(cuo)誤。
　　爲此,極(ji)化噪聲産(chǎn)生的具體(ti)原因及分(fen)布特性,提(ti)出前饋控(kong)制⛷️的🔞自适(shi)應極化噪(zao)聲抵消方(fāng)案。基于該(gai)方案，電📱磁(cí)流量計🧑🏽‍🤝‍🧑🏻變(bian)送器中🥰的(de)信号調理(li)電路;并用(yong)調理電路(lù)替換課☎️題(ti)組研制的(de)電磁流量(liàng)計變送器(qi)中的調理(li)電路,形成(chéng)一✏️套完整(zheng)的電磁流(liu)量👄計變送(sòng)器,進行驗(yan)證試驗。
1噪(zao)聲分析
　　極(ji)化噪聲主(zhǔ)要源于電(dian)極與電解(jiě)質的電化(huà)學反應。金(jīn)屬電極帶(dai)電的正離(li)子逐漸溶(rong)解于所測(cè)量的電✔️解(jie)質流體,自(zì)身💃帶負電(diàn)荷,緻使電(dian)解質流體(ti)中的正負(fù)電荷㊙️中心(xin)發生相對(dui)♉位移,形成(chéng)複雜的電(diàn)解雙層結(jie)構。雙電🏃層(céng)之間産生(sheng)-一個電場(chǎng),從而在電(dian)解質流🤞體(tǐ)和電極之(zhī)間形成電(diàn)位差。這個(ge)電位差就(jiu)是極化📞電(diàn)勢。若兩電(diàn)極結構完(wán)全相同,則(zé)極化電勢(shi)會相互抵(di)消。但由于(yú)兩電極表(biao)面的結構(gòu)差異,極化(hua)電勢會由(yóu)共模電壓(yā)轉爲差🆚模(mó)電壓,并耦(ou)合在🔞信号(hao).上。該極❤️化(huà)電勢被🈲認(rèn)爲是直流(liú)分量[1,460而👅且(qiě),電極表面(mian)上的灰💋塵(chén)或放電離(li)子等沉積(jī)物會随着(zhe)時間的推(tuī)移緩慢💃累(lèi)積。當有流(liú)動的電解(jiě)質流體出(chu)現或電解(jiě)質流體🔞流(liu)速發生變(bian)化時,這些(xie)累積的沉(chén)積物會被(bèi)慢慢撕開(kāi)。在這一-過(guo)程中,極化(hua)電勢大小(xiǎo)會發生随(suí)機變化,形(xíng)成漂移的(de)極🥰化電壓(ya)”。極化電壓(ya)的大小在(zai)一定👄程㊙️度(du)上取決于(yu)電極的制(zhi)作材料和(he)所測量的(de)電解質流(liú)體的性質(zhì);同時,也受(shòu)溫度的影(ying)響。
　　爲了研(yan)究極化噪(zao)聲的特性(xing),研制了對(duì)電極輸出(chu)信号進行(háng)放大和高(gao)頻濾波的(de)信号調理(li)電路1。配合(hé)原有的變(bian)送器,針對(dui)口徑爲40mm的(de)電磁流量(liang)傳感器,采(cǎi)集濾除高(gāo)📐頻且放💘大(da)的電極輸(shu)出📐信号,并(bìng)進行頻譜(pu)分㊙️析。其中(zhong),勵磁頻率(lǜ)爲🐪12.5Hz,水流量(liàng)爲🐆20m'/h,采樣頻(pin)率爲1500Hz,采樣(yàng)時🐅間爲200s。信(xin)号調理電(dian)路1輸出信(xin)号及頻譜(pu)如圖1所示(shi)。

　　觀察信号(hao)調理電路(lu)的輸出信(xìn)号可以發(fā)現:電極輸(shū)出信号經(jing)🧡過信号調(diao)理電路放(fàng)大後存在(zài)嚴重的漂(piāo)移現象,信(xin)号累積的(de)漂移量達(dá)到了1.2V,遠大(dà)于70mV左右的(de)流量信🙇‍♀️号(hao)(流速爲1m/s信(xìn)号幅值約(yue)爲100μV,流量☁️爲(wei)20m/h時流速爲(wei)4.44m/s,信号幅值(zhí)約爲444μV,放大(da)170倍後約爲(wèi)75.5mV;70mV爲觀測結(jié)果)。而該結(jié)果僅僅是(shì)将電極輸(shu)出信号放(fàng)大了170倍♻️。當(dāng)放大倍數(shu)❤️更大時,如(rú)果任由電(diàn)極輸出信(xin)号發生漂(piao)移,那🔱麽放(fàng)💋大器輸出(chū)信号很可(ke)能達到飽(bǎo)和,ADC的供電(dian)電壓會達(da)到5V,導緻ADC無(wu)法正常工(gōng)作。
　　爲了觀(guan)察流量信(xin)号與極化(hua)噪聲的頻(pín)段分布,将(jiāng)290000點信🔞号去(qù)均值後,從(cong)4096點開始，等(děng)距取60段,每(mei)段4096點,分别(bié)作☂️4096點的💁快(kuai)速傅裏葉(yè)變換(fastFouriertransform,FFT),并求(qiu)出其平均(jun1)幅值譜,如(rú)圖1(b)所示。由(yóu)㊙️圖1(b)可以看(kan)出:極🙇‍♀️化噪(zào)聲以直流(liú)噪聲爲主(zhǔ),主要分布(bù)于零頻附(fù)近的低頻(pín)區域,幾乎(hū)不與流量(liang)信号頻段(duan)重疊。當勵(lì)磁頻率爲(wei)2.5~5Hz'[8]，可以用一(yī)個過渡帶(dai)特性較陡(dou)的高階低(dī)通濾波器(qi)來提取極(jí)化噪聲。
2極(jí)化噪聲抵(di)消方案
2.1抵(dǐ)消原理
　　根(gen)據極化噪(zao)聲的特性(xìng),同時考慮(lǜ)到硬件系(xì)統處理噪(zao)聲更具實(shí)📧時性與可(ke)靠性,提出(chū)一種基于(yú)前饋控👄制(zhì)的自适應(yīng)極化噪聲(sheng)抵消方案(an),并用硬件(jian)實現。噪聲(shēng)抵消方法(fǎ)原理如圖(tu)2所示。


　　最後(hòu),在軟件中(zhong)通過梳狀(zhuang)帶通濾波(bō)和幅值解(jie)調等✂️信号(hào)處理🚶‍♀️方🈲法(fǎ),濾除工頻(pín)幹擾和微(wei)分幹擾，就(jiu)可以得到(dào)🈲流速⚽值。
2.2.硬(ying)件電路研(yan)制
　　根據前(qián)饋控制的(de)自适應極(jí)化噪聲抵(di)消原理,設(shè)計了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻信号(hào)調理電路(lù)2,以實現極(jí)化噪聲的(de)濾除。信号(hao)調理電路(lu)2主⛱️要包括(kuo)前置差分(fen)放大電路(lù)、極化噪聲(shēng)提取與抵(di)消電路、低(di)通濾波放(fàng)大電路三(san)部分。調理(li)電💃🏻路如圖(tú)3所示。

①前置(zhì)差分放大(da)電路。
　　前置(zhi)差分放大(da)電路主要(yao)實現信号(hao)的放大和(he)共模噪聲(sheng)㊙️的抑✨制。電(dian)路采用具(jù)有高共模(mo)抑制比、高(gāo)增益精度(dù)👨‍❤️‍👨、低失調漂(piao)✊移、低增益(yi)漂移的精(jing)密儀用放(fàng)大器。前置(zhi)差分放大(dà)電路如圖(tu)4所示。.


　　前置(zhi)差分放大(da)電路設計(ji)時要考慮(lǜ)後級電路(lu)電壓匹♊配(pèi)的問題🐆。下(xià)級電路芯(xīn)片供電電(diàn)壓爲+5V,而前(qian)置差分放(fang)🌏大電路輸(shū)出信号存(cún)在負電壓(ya)。因此,需要(yào)加入直流(liú)基準。電極(jí)輸出信号(hao)中流量信(xìn)号及其他(ta)噪聲幅值(zhi)遠小于極(jí)化噪聲幅(fú)值。由于檢(jian)測到🈲的電(dian)極輸🐅出信(xìn)号中極化(hua)噪聲幅值(zhi)最大爲+200mV，電(dian)路放大4.1倍(bèi),那麽放大(dà)器輸出的(de)極化噪聲(sheng)幅值🌈最大(da)也隻有+820mV。而(ér)電路直接(jie)加入了2.5V的(de)參考電壓(yā)，足以将前(qián)置差分放(fang)大電路🌈輸(shū)出信号由(you)雙極性轉(zhuǎn)爲單極性(xìng)。
②極化噪聲(sheng)提取與抵(dǐ)消電路。
　　極(ji)化噪聲提(ti)取與抵消(xiao)電路是爲(wèi)了實現極(ji)化噪聲的(de)提💔取🌈、抵消(xiao)🤞和流量信(xin)号的放大(dà)。電路分爲(wèi)極化噪聲(shēng)提取電✔️路(lù)和噪聲抵(di)消與放大(da)電路,分别(bie)由八階巴(bā)特沃斯低(dī)通濾波器(qi)和精密儀(yi)用放大器(qi)構成。
　　極化(huà)噪聲提取(qu)電路通過(guò)八階巴特(tè)沃斯低通(tōng)濾波器來(lai)提🥵取極化(hua)噪聲。此低(dī)通濾波器(qi)過渡帶非(fēi)常窄,其截(jié)止頻率f。的(de)㊙️大小可以(yǐ)通過外接(jiē)電容在1Hz~2kHz之(zhi)間調節。當(dāng)fiw=2f。時,信号增(zēng)益爲-48dB,輸出(chū)信号衰減(jiǎn)爲原信号(hao)的1/251。當fw=3f時,信(xin)号增益爲(wèi)-76dB,輸出信号(hào)衰減爲原(yuán)信号的1/6310。如(rú)設置😍f。=1Hz,那麽(me)輸出信号(hào)中完整保(bao)留1Hz及以下(xià)頻段的信(xìn)号,1~3Hz内🛀的信(xìn)号出現📱不(bú)同程度衰(shuāi)減,3Hz及以上(shàng)信号被完(wán)全衰減。由(you)此就可以(yi)通過該八(ba)階低頻濾(lü)🆚波器濾除(chu)勵磁頻率(lü)12.5Hz(6.25Hz.3.125Hz)及以上頻(pín)段的🏃‍♂️信号(hao),精确提取(qu)出極化噪(zào)聲。
　　噪聲抵(di)消與放大(da)電路中,采(cai)用前置差(cha)分放大後(hou)的電🧑🏾‍🤝‍🧑🏼極輸(shu)出信号減(jian)去低通濾(lü)波器提取(qu)的極化噪(zào)聲,以實現(xian)極化噪聲(sheng)的自适應(ying)抵消。此時(shí),經過噪聲(sheng)抵消後的(de)信号中隻(zhi)含有流量(liang)信号和高(gao)頻噪聲,而(ér)且高頻噪(zào)聲幅值小(xiǎo)于流量信(xìn)号♈幅值,因(yīn)此可以通(tong)過放大器(qi)實現信号(hào)的更高倍(bei)數放大。以(yi)口徑爲40mm的(de)電磁流量(liàng)傳感器爲(wèi)例:當流速(su)爲5m/s時,檢測(cè)到流量😘信(xìn)号峰峰值(zhí)爲💚1mV;以10m/s爲流(liu)速上限，則(ze)流量信号(hao)峰峰值最(zui)大爲2mV。由于(yú)ADC采用5V供電(diàn),考慮到芯(xīn)片性能等(děng)♈因素,不可(kě)能将流量(liang)信号完全(quan)放大❗到芯(xīn)片供電電(diàn)壓範圍。對(duì)此,将信号(hao)最大放大(dà)到+4V,那麽信(xìn)号調理電(diàn)路最大放(fang)大♊倍數可(ke)達4000倍。扣除(chú)前置放大(da)🌈4.1倍,那麽後(hòu)兩級電路(lù)最🌐大可放(fàng)大975倍。
③低通(tōng)濾波放大(dà)電路。
　　低通(tōng)濾波放大(da)電路的主(zhu)要目的是(shi)實現高頻(pin)噪聲的濾(lü)除💰。
　　電極輸(shū)出信号經(jing)過自适應(yīng)極化噪聲(sheng)抵消後,除(chú)了12.5Hz(6.25Hz3.125Hz)的流量(liang)信✌️号外，還(hái)存在高頻(pín)噪聲。高頻(pin)噪聲進人(rén)ADC後,可能💚會(hui)造成信🔆号(hao)的混疊。所(suo)以,需要采(cǎi)用低通濾(lü)波器來濾(lü)除高頻🏃🏻‍♂️噪(zao)聲。
低通濾(lǜ)波放大電(diàn)路如圖6所(suo)示，

　　低通濾(lü)波放大電(dian)路采用兩(liang)級二階巴(bā)特沃斯低(di)通濾波器(qì)❌級聯來構(gou)成四階低(di)通濾波器(qì),其放大倍(bèi)數爲10.9倍。考(kao)慮到能更(geng)多地保留(liú)流量信号(hao)的諧波，設(she)置濾波器(qi)截止頻率(lǜ)爲1.5kHz。
3驗證試(shi)驗
　　爲了驗(yàn)證基于前(qian)饋控制的(de)自适應極(jí)化噪聲抵(dǐ)消方法的(de)效果,設計(ji)了信号調(diào)理電路2,并(bìng)替換本課(ke)題組研💞制(zhì)的電磁流(liu)量變送器(qì)中的信号(hao)調理電路(lù);再匹配電(diàn)磁流量傳(chuán)感器,組成(chéng)了一個完(wan)整的基于(yú)數字信号(hao)處理器(digitalsignalprocessor,DSP)的(de)電磁流量(liàng)計[8-0,。在容積(jī)法水流量(liàng)标🤟定裝置(zhi)上進行了(le)信号調理(li)電路濾波(bō)試驗、電磁(cí)流量計水(shui)流量♍标定(ding)試驗和降(jiàng)ADC位🐅數試驗(yan)。
3.1試驗裝置(zhì)
　　試驗裝置(zhì)由水流量(liang)标定裝置(zhi)和數據采(cai)集系統組(zǔ)成,如圖7所(suo)示。

　　圖7中:水(shui)流量标定(dìng)裝置的不(bu)确定度爲(wei)0.2%,電磁流量(liang)傳感器口(kǒu)徑爲40mm,電磁(ci)流量變送(song)器的勵磁(ci)頻率爲12.5Hz。信(xìn)号調理電(dian)路💋放大倍(bèi)數⚽和ADC位數(shu)可調:在信(xìn)号調理電(diàn)路濾波試(shì)驗和電磁(cí)流量計水(shui)流😄量标定(dìng)試驗中放(fàng)大倍數爲(wei)340倍,ADC位數爲(wèi)24位;在降ADC位(wei)數試驗中(zhong)放🌏大倍數(shu)爲🌍3500倍,取24位(wèi)ADC的高14位來(lái)模拟16位ADC。
3.2信(xìn)号調理電(dian)路濾波試(shì)驗
　　爲驗證(zhèng)基于自适(shi)應極化噪(zao)聲抵消方(fāng)法的信号(hao)調理電🔞路(lu)對極🤟化噪(zao)聲的消除(chu)效果,在信(xin)号調理電(diàn)路2輸人信(xin)号不斷發(fa)生漂移的(de)情況下(如(ru)圖1(a)中情況(kuang)),通過上位(wei)機(采樣頻(pín)率1500Hz,采樣時(shi)長200s)采集流(liu)速爲5m/s(流速(sù)越大,極化(huà)噪聲幅值(zhi)越大)的信(xìn)号‼️調理電(diàn)路2輸出信(xin)号,并對其(qí)進行了頻(pín)譜分析。
信(xìn)号調理電(dian)路2輸出信(xin)号及頻譜(pǔ)圖如圖8所(suo)示。
　　觀察信(xìn)号調理電(diàn)路2輸出信(xin)号,發現經(jīng)過自适應(yīng)極化噪🛀聲(sheng)📞抵消後,信(xin)号平穩分(fèn)布于零點(diǎn)上下,基本(běn)不存在漂(piao)移的現象(xiang),如圖8(a)所示(shì)。
　　信号頻譜(pǔ)分析方法(fa)與圖1(b)噪聲(sheng)分析時的(de)相同,即将(jiang)290000點信号去(qù)基🤟準後,從(cóng)4096點開始，等(deng)間距取60段(duàn),每段4096點,再(zai)分别作4096點(dian)FFT,最後求出(chu)其平🌈均幅(fu)值譜,如圖(tú)8(b)所示。根據(ju)頻譜圖可(ke)以發現:經(jing)過🔞自适應(ying)極化噪💋聲(shēng)抵消後信(xìn)号調理電(diàn)❗路2輸出信(xìn)号中基本(běn)不存在極(ji)化噪聲,隻(zhi)存在12.5Hz的流(liu)量信号。由(you)此說明,基(ji)于前饋控(kòng)制的自适(shi)應極化噪(zao)聲抵♍消電(diàn)路能有效(xiao)濾除電極(jí)輸出信号(hao)中的極化(hua)噪聲。

3.3電磁(ci)流量計水(shuǐ)流量标定(dìng)試驗
　　爲了(le)測試基于(yú)自适應極(ji)化噪聲抵(dǐ)消方法的(de)信号調理(lǐ)電路2的實(shí)際效果,進(jin)行了容積(jī)法水流量(liàng)标定試驗(yan)。标定試驗(yàn)中,在流速(sù)爲0.15~5m/s的範圍(wéi)内，共選取(qǔ)了6個标定(ding)點,并通過(guò)示值誤差(chà)拟合🤞方法(fǎ)計算儀表(biao)系數"],然後(hòu)驗證了電(diàn)磁流量計(ji)的精✉️度。放(fàng)大340倍24位ADC水(shui)流量标定(ding)試驗結果(guǒ)如表1所示(shi)📞。

　　由表1可知(zhi):在流速爲(wei)0.5~5m/s的範圍内(nei),電磁流量(liang)計的最大(dà)♌測量📱誤差(cha)❤️都💋在+0.3%以内(nèi),重複性誤(wù)差均在0.1%以(yǐ)内,滿足0.3級(jí)電磁流量(liang)計要💃🏻求。該(gāi)✉️結果說明(ming),采用該信(xìn)号調理電(diàn)路的基于(yú)DSP的電磁流(liu)量計具有(yǒu)很好的測(ce)量精度。同(tóng)時,與放大(dà)倍數爲180倍(bèi)的電磁流(liu)量計相比(bǐ)，該設計提(tí)❓高了流量(liang)信号的放(fàng)大倍數,可(kě)以實現更(gèng)低流量的(de)👄測量,即可(ke)以采用該(gai)方法來拓(tuò)寬電磁流(liú)量計的測(ce)量下限。
3.4降(jiang)ADC位數試驗(yàn)
　　當電路放(fang)大倍數較(jiao)大時，流量(liang)信号幅值(zhí)相應較高(gao),對ADC分辨率(lü)的要求降(jiang)低,這樣就(jiù)可以采用(yong)位數較低(dī)的ADC來實現(xian)信号的測(ce)量。同時，降(jiang)低ADC位數也(yě)将降低電(diàn)🔆路的成本(ben)。所以💞,通過(guò)改變電路(lù)的放大倍(bèi)數和ADC采樣(yang)位數，并采(cai)🐪用水流量(liàng)标定試驗(yan)進行驗證(zheng)。
　　電極輸出(chu)信号經過(guò)自适應極(ji)化噪聲抵(dǐ)消後,信号(hào)調理電㊙️路(lu)2最大放大(da)倍數可達(da)4000倍。所以,可(kě)将信号調(diao)理電路2的(de)放大倍數(shù)由340倍👈提高(gāo)至3500倍。普通(tōng)DN40的電磁流(liu)量傳感器(qi)流速測量(liang)下限爲0.5m/s,通(tōng)過上位機(ji)采集了放(fàng)大3500倍的信(xin)号,發.現流(liú)速0.5m/s時信号(hào)峰峰值約(yue)爲346.7mV,而測量(liang)電壓範圍(wei)爲+5V的16位ADC的(de)分辨率爲(wèi)153μV,足以識🏒别(bié)信号。所以(yi),采用了16位(wèi)ADC。16位ADC有效位(wèi)數-一般在(zai)14~16位。爲了方(fang)便在同等(děng)條件下驗(yàn)證效果💯,不(bú)再重新設(she)計電路,而(er)是在标定(dìng)時取原有(you)24位ADC的高14位(wèi)來模拟16位(wei)ADC的效果。
　　在(zai)流速爲0.5~5m/s的(de)範圍内，共(gòng)選取了5個(ge)标定點,并(bìng)通過示值(zhí)誤⛷️差拟💜合(he)方法計算(suan)出儀表系(xì)數。然後,驗(yan)證電磁流(liu)量🏃‍♀️計的💁精(jīng)度。放大3500倍(bei)、16位ADC水流量(liang)标定試驗(yan)結果如表(biao)2所示。

　　由表(biao)2可知:在流(liu)速爲0.5~5m/s的範(fàn)圍内,電磁(ci)流量計的(de)最大測量(liang)誤🛀差都🛀在(zai)+0.3%以内,重複(fú)性誤差均(jun)在0.1%以内,滿(mǎn)足0.3級電磁(cí)流量計要(yào)求。這說明(míng)提出的基(ji)于硬件系(xi)統前饋控(kòng)制的自适(shi)應極化噪(zao)聲抵消方(fāng)法能有效(xiao)抵消極化(hua)噪聲,可以(yi)将信🌏号放(fang)大較🈚高的(de)倍數,從而(ér)有效🐉降低(di)ADC的采樣位(wei)數,并減少(shǎo)成本。另外(wài)，濾除極化(hua)噪聲後,放(fang)大的電極(ji)輸出信号(hao)幅值🈲在電(diàn)路中不會(huì)超過+5V。這樣(yang)就可以将(jiāng)電路中芯(xin)片的供電(dian)📱電壓降至(zhì)+5V,以減小電(dian)路功耗。
4結(jie)論
　　極化噪(zào)聲幅值遠(yuǎn)高于流量(liang)信号幅值(zhí),會造成電(diàn)極輸出信(xìn)号信📐噪比(bǐ)較低;同時(shí)，極化噪聲(sheng)的漂移會(huì)限🐪制電路(lu)的放大倍(bei)數,增加⚽了(le)ADC采樣位數(shù)、電路成本(běn)、功🏃🏻‍♂️耗等。針(zhēn)㊙️對這些問(wèn)題,通過對(dui)電極輸出(chu)信号采集(jí)與頻譜分(fen)析,研究了(le)極化噪聲(sheng)的👨‍❤️‍👨分布特(te)性,發現漂(piāo)移的極化(huà)噪聲主要(yao)分布于零(ling)頻附近的(de)低頻區域(yù),基✊本不與(yu)信号頻段(duan)重疊。
　　根據(ju)極化噪聲(sheng)的分布特(te)性,提出了(le)一種基于(yú)前饋💋控制(zhì)的自适應(yīng)極化噪聲(shēng)抵消方案(àn),并用硬件(jiàn)系統實現(xian)。前置差分(fen)放大後的(de)電極輸出(chū)信号經過(guò)一一個八(ba)階低通濾(lü)波器,提取(qu)出其💘中的(de)極化噪聲(sheng);然後以極(ji)化噪聲作(zuo)爲前饋量(liang),經過下級(jí)放大器,用(yong)差分❌放大(da)後的電極(ji)輸出信号(hao)減去極化(huà)噪聲,以此(ci)實現極化(huà)噪聲的自(zi)适應抵消(xiao)。
　　爲驗證該(gāi)方案的實(shí)際效果,設(she)計了信号(hào)調理電路(lù)💰2,配合💛課題(ti)組原有的(de)變送器及(jí)DN40傳感器，在(zài)容積法水(shuǐ)流量标定(dìng)裝置上進(jìn)行了試驗(yan)。信号調理(lǐ)電路濾波(bo)試驗結果(guo)表明,該系(xì)統能夠有(yǒu)效消除電(diàn)極輸出信(xin)号中的極(ji)化噪聲。電(dian)磁流量計(jì)水流量标(biāo)定試驗結(jie)果表明,當(dāng)信🌈号調理(lǐ)電路放大(da)340倍、ADC爲24位時(shi),在流速爲(wei)0.5~5m/s的範圍内(nei)，流🐇量計的(de)精度爲0.3級(jí)。這說明采(cai)用自适應(ying)極化噪聲(shēng)抵消方法(fa)的信号調(diao)理電路2能(neng)夠滿足實(shi)際測量要(yao)求，且提高(gāo)信号放大(dà)倍數可以(yǐ)實現更低(dī)流量的測(cè)量。降ADC位數(shu)試驗結果(guǒ)㊙️表明,将信(xìn)号調理電(dian)路放大倍(bèi)數提高至(zhì)3500倍,同時用(yong)24位ADC的高14位(wèi)來模拟16位(wei)👉ADC,在流速爲(wèi)0.5~5m/s的🌐範圍内(nèi),流量計的(de)精度可達(da)0.3級。這說明(ming)🔞基于🏃前饋(kui)控制的自(zì)适應極化(huà)🙇🏻噪☀️聲抵消(xiāo)方法可以(yi)将信号放(fang)❓大較高的(de)倍數,從而(ér)有效降♌低(dī)ADC的采樣位(wèi)💔數、芯片供(gong)電電壓，以(yi)及電路成(chéng)本和功耗(hào)。

以上内容(rong)源于網絡(luò)，如有侵權(quán)聯系即删(shān)除!