低功耗数字涡街流量计硬件研制中的关键技术.pdf

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1、低功耗数字涡街流量计硬件研制中的关键技术方敏。等KeyTechnologyinHardwareDevelopmentofDigitalVortexFlowMeterwithLowPowerConsumption方敌1徐斟穹1’2纠三山1(合肥工业大学电气与自动化工程学院1，安徽合肥230009；工业自动化安徽省工程技术研究中心2，安徽合肥230009)摘要：数字涡街流量计采用了数字频谱分析与带通滤波器组相结合的方式，在低功耗情况下，它能保证最大限度地滤除流量信号中混杂的噪声信号。根据降压型DC／DC与低压差线性稳压器(LDO)的转换特点，搭建了高效率的电源转换电路，为系统提供最大的可用电流。

2、同时，电路设计选用低功耗器件，并根据工作状态对一些器件或者电路进行选通，最大程度地降低了系统的功耗。经实际测试表明，系统性能达到了涡街流量计的工业要求。关键词：涡街流量计滤波器转换电路低功耗频谱分析中图分类号：TP273文献标志码：AAbstract：Theproposeddigitalvortexflowmeterisdesignedbyusingthecombinationofdigitalspectrumanalysisandband-passfilters．Underlowpowerconsumptioncondition，itguaranteestoremovethenoising

3、signalmixedinflowratesignal．Inaccordancewiththeconversionfeaturesofstep-downDC／DCandlowdropoutregulator(LDO)-thehiShefficientpowerconversioncircuitisbuilttoprovide删mulnavailablecurrentforthesystem．Inaddition，lowpowerconsumptiondevicesareselectedincircuitrydesign；andcertaindevicesorcircuitsarestrobe

4、basedonoperatingstatetominimizethepowerconsumptionofthesystem．Thepracticaltestindicatesthatthevortexflowmetermeetstheindustrialrequirements．Keywords：VortexflowmeterFilterConversioncircuitLowpowerconsumptionSpectrumanalysis0引言涡街流量计是基于流体振荡原理设计而成。在涡街流量计测量流体过程中，存在信号质量受流体本身的稳定性和均匀性影响较大、易受噪声影响以及小信号检测能力有限

5、等问题。通过设计专门的二次仪表，可以降低上述因素对涡街测量的影响¨1。传统的两线制涡街流量计信号处理的基本流程是放大、滤波、整形和计数。在处理过程中，工频干扰、管道振动和谐波干扰都处于信号的频带范围内，涡街流量计往往受到这些噪声的影响而无法较精确地提取信号的频率信息。基于DSPj芷=片的数字信号处理系统，采用针对性的算法，对流量计的输出信号进行细致的分析处理，取得了较高的精度。但采用这种处理方法系统功耗大，无法满足某些丁业现场两线制电流输出或者电池供电等应用场合的需求旧。]。因此，本文将国家自然科学基金资助项目(缡号：61074164)；美国德州仪器公司创新基金资助项目(编号：2008QTX

6、M0437)。修改稿收到日期：20lO—05—20。第一作者方教．男。1986年生，现为合肥工业大学检测技术与自动化装置专业在读硕士研究生；主要从事涡街流量计方面的研究。数字信号处理方法和传统的脉冲计数方法相结合，研制了基于MSP430的低功耗、两线制数字涡街流量计系统，并且在系统其他方面采取节电措施，较好地解决了抗十扰和精度问题，从而满足低功耗的要求卜5

7、。1带通滤波器组的设计在涡街流量计测量的过程中，小流量产生的涡街信号横向升力较小，检测元件输出的信号非常微弱，并且易受流体冲击振动噪声和管道振动噪声的影响，从而导致量程下限受限，造成整体量程比受限。这些噪声特性主要体现为某个频率点固定和幅

8、值固定的噪声混杂于涡街信号中，使得脉冲整形电路误触发、多计或少计脉冲，从而影响流量测量。而在测量大流量时，检测元件输出的信号幅值增强，信噪比变大，脉冲整形电路误触发的概率降低，测量变得准确。因此，流量测量的难点在于如何提高小流量的测量准确度。如果能够将小流量信号频率以外的干扰噪声滤除，将有效避免脉冲整形电路误触发，扩展系统的量程比。传统的信号调理电路通常只采用低通滤波器滤除高频噪声，对于低频时混杂在信号频率范