窄带滤波微流量电磁流量计的相关技术

    现代工业生产,尤其医药卫生、生物工程和精细化工等行业需要微流量测量的场合越来越多,提高微流量流量计的性能指标已引起人们重视^[1].由于微流量电磁流量传感器的输出信号比较微弱,通常低至微伏级,且使用环境复杂,受多种噪声干扰,常常被淹没^[2].现有电磁流量计的信号调理技术,制约测量下限的扩展.本文提出窄带滤波信号调理技术和恒均值电流激磁技术,使微流量信号的信噪比得以提高.

    1　窄带滤波电磁流量计工作原理

    由法拉第电磁感应原理得知,当测量管路中的导电流体以流速v(t)作切割磁感线运动时,将在检测电极间得到感应电动势(流量信号)e(t)^[3].图1为窄带滤波微流量电磁流量计原理框图,激磁电源驱动传感器的线圈产生交变磁场B(t),若以B(t)为载波信号,流速v(t)为调制信号,则感应电动势e(t) =D B(t), v(t)(D为检测电极间距离),实现信号的调制.微流量电磁传感器输出的感应电动势e(t)一般只有微伏级,而且叠加多种噪声干扰,不能进行直接测量,需经前置放大、窄带滤波取出其基波e alt="窄带滤波微流量电磁流量计的相关技术"₁(t),用解调脉冲p(t)对e1(t)进行相敏检波获得流速信号基波v alt="窄带滤波微流量电磁流量计的相关技术"₁(t) = e alt="窄带滤波微流量电磁流量计的相关技术"₁(t) p(t),v alt="窄带滤波微流量电磁流量计的相关技术"₁(t)的平均值、峰值均可表征导电流体的流速信息,对其进行积算即可测出流体的流量.

    2　信号调理技术

    信号调理技术是电磁流量计的核心技术.它不仅要对流量信号e(t)进行放大,更为重要的是在噪声干扰严重的条件下,如何有效地降低噪声功率,提取有用的流速信号v alt="窄带滤波微流量电磁流量计的相关技术"₁(t).电磁流量计的感应电动势叠加着多种噪声干扰,如:共模噪声、串模噪声^[4]、微分噪声^[5]、电化学噪声和流动噪声等^[6],表示为

    2·1　窄带滤波信号调理技术

    当前在电磁流量计中大多应用峰值采样保持信号调理技术,虽能消除微分噪声的影响,但因采用了宽带信号放大电路,噪声随信号一同被放大,必然使噪声频谱混叠或移频到流量信号的频带内,使e(t)的信噪比很低,导致电磁流量计的分辨率差,准确度低,流量的下限难以扩展^[7].峰值采样保持信号调理技术制约了电磁流量计性能指标的进一步提高.因此,采用图2所示的窄带滤波信号调理技术,先对放大后的流量信号e(t)进行窄带滤波,滤除高次谐波,取出基波分量e alt="窄带滤波微流量电磁流量计的相关技术"₁(t),并使噪声功率随带宽减小而降低,提高信噪比,再利用相敏解调降低微分噪声影响,得到较为理想的流速信号v alt="窄带滤波微流量电磁流量计的相关技术"₁(t).