抗干扰涡街智能流量计系统设计

　　0 引 言

　　涡街流量计是应用卡曼涡街原理，采用应力型压电晶体传感器的一种速度式仪表，其传感器输出信号的频率与流体的流速成正比的特性，经过对频率的处理计算可以测量流量。它以其自身的一系列优点已经成为流量测量仪表家庭中不可缺少的一员，在流量测量和自动控制中发挥着越来越大的作用。随着应用领域的不断扩展，由于管道机械振动、流场不稳定或环境电磁干扰过大等因素，使得传感器输出信号中含有各种噪声，通过简单的电子滤波处理并不能实现完全的去除，从而造成涡街流量计现场测量精度降低的情况不断凸显。针对以上情况，开发设计了抗干扰涡街智能流量计系统，有效的实现了量程宽，抗干扰能力强等特点，便于涡街流量计的更广泛应用。

　　1 抗干扰系统功能介绍

　　本系统以数字信号处理器(DSP)为核心，兼具有频谱分析与温压智能补偿功能，采用基于快速傅立叶变换(FFT)的功率谱分析方法对涡街流量计中传感器的信号进行数字抗干扰处理，计算出信号的真实频率，并得出准确的体积流量;再利用温、压传感器测得的实时温、压值对所求出的体积流量进行智能补偿。同时，本系统还具有以下功能：

　　(1)相关变量实时显示：包括频率值、信号幅值、瞬时流量、累计流量和用于实时补偿的温、压值的显示;

　　(2)4～20mA电流输出;

　　( 3 ) 脉冲输出：提供按频率或按定标两种输出模式;

　　(4)参数键盘设置：根据不同的介质类型、温、压补偿方式所进行的系统组态设置，以及变量计算所需相关参数的手动设置。

　　工作原理：

　　系统上电开始后，立即进行系统内可编程器件和全局变量等的初始化;初始化后，调用计算模块，对信号采样序列进行抗干扰处理，并计算出传感器信号中的涡街频率;然后，根据所设定的仪表系数，计算瞬时流量和累积流量;若被测流体需进行温、压补偿，则对瞬时流量和累积流量进行温、压补偿;接下来调用系统输出模块，根据计算出的瞬时流量，向外发送相应的脉冲量和标准的4 ～20mA 的电流;完成输出后，主监控程序将返回，重新开始进行信号处理、计算流量和输出信号，不断循环。

　　2 信号抗干扰处理

　　本系统利用DSP 定时器周期中断自动触发启动片内A/D 模块，不断进行传感器信号采集，采集到的信号结果先存放到一个数据缓冲区。再由系统主程序从缓冲区中拷贝一段固定长度的信号序列作为分析序列到分析缓冲区中，经过抗干扰处理，最终得到涡街频率。

　　一般情况下，在传感器信号频谱中，涡街频率能量占优。根据数字信号处理原理，可以利用周期图法，通过对信号的功率谱估算，以排除干扰影响，估算出正确的频率值。本系统的抗干扰处理建立在此基础上。