专利摘要

专利摘要

本发明涉及一种基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，本系统包括涡街流量计的流体涡街检测元件的输出连接到前置放大器，前置放大器的输出连接到滤波器，滤波器的输出连接到信号后处理器，其特征在于所述的前置放大器是一个仪表放大器；滤波器是一个高通转折频率FH和低通转折频率FL由一个数字信号操作器所控制和改变的带通滤波器；由流体涡街检测元件产生的信号X0输入到仪表放大器，仪表放大器输出信号X1到带通滤波器，带通滤波器输出信号Y1给信号后处理器，信号后处理器输出代表流体涡街频率的脉冲信号或数据Y2。本系统不但可消除测量频率以外的噪声干扰又可使仪表在配套操作上实现数字化设置的功能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应力式涡街流量计信号处理系统，特别是一种基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统。

背景技术

当前应用量最大的涡街流量计产品是应力式涡街流量计。特别，应力式涡街流量计采用的检测元件都是压电元件，考虑到压电元件的高内阻和输出线缆电容等因素，为了减小实际噪声干扰的影响，都采用电荷放大器作为应力式涡街流量计信号处理系统的前置放大器，并被视为一个通用技术方案。如2006年中国石化出版社出版的《涡街流量计》201~210页，如Rosemount公司和Yokogawa公司的美国专利5942696和6480812B1，如在中国专利CN101614566A、CN101644590A和CN1912551等。

随着现代数字化智能化技术的全面普及，流量仪表的智能化与产品化已普遍要求涡街流量仪表的信号处理系统能够方便地与各种规格涡街流量计进行配套，这对于采用电荷放大器的信号处理系统都要面对一些困难的技术问题。应力式涡街流量计配套压电式检测元件的电荷放大器是一个具有带通频率特性的放大器，并需要一些较高要求的大参数电阻和电容。由于不同规格涡街流量计的检测元件输出有效涡街信号的频率范围都不相同，因此不同规格的涡街流量计要求电荷放大器的电容和电阻参数都有所不同。但是，要改变大参数的电阻和电容采用通用的模拟开关或数字电位器等器件都难以适用，因此除了采用特殊开发的专用器件以外，多数产品都采用了平拨开关的人工操作方式来切换改变电荷放大器的电阻和电容，以实现对各种规格涡街流量计的配套。这对于流量仪表在仪表配套操作上的智能化带来了技术上的障碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，既可匹配压电元件的高内阻以及克服实际噪声干扰，又使应力式涡街流量计信号处理系统可在配套各种规格涡街流量计时实现数字化配套操作。并在技术上采用仪表放大器和数字电位器等性能优秀的通用器件，使本发明可具有实现简单且成本低的优点。

为达到上述目的，本发明的构思是：采用通用的仪表放大器作为前置放大器，直接解决连接检测元件的高内阻问题。同时在仪表放大器两输入端上各连接一个另一端连接信号参考地的电阻R0，2×R0的电阻值与所述的检测元件内阻值相接近，使仪表放大器工作在信噪比较高的状态。仪表放大器的输出再连接了一个高通转折频率FH和低通转折频率FL都由数字信号控制的带通滤波器，专门消除测量频率以外的噪声干扰以提高信号处理水平，并通过一个数字信号操作单元控制改变带通滤波器的高通转折频率FH和低通转折频率FL，使仪表在配套操作上实现数字化设置的功能。

根据上述发明的构思，本发明采用以下技术方案：

一种基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，包括一个涡街流量计的流体涡街检测元件的输出连接到前置放大器，前置放大器的输出连接到滤波器，滤波器的输出连接到信号后处理器，其特征在于所述的前置放大器是一个仪表放大器；所述的滤波器是一个高通转折频率FH和低通转折频率FL由一个数字信号操作器所控制和改变的带通滤波器；由流体涡街检测元件产生的信号X0输入到仪表放大器，仪表放大器输出信号X1到带通滤波器，带通滤波器输出信号Y1给信号后处理器，信号后处理器输出代表流体涡街频率的脉冲信号或数据Y2。

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，所述的应力式涡街流量计的信号放大与滤波系统，其特征在于所述的仪表放大器的两输入端上各连接一个另一端连接信号参考地的电阻R0，2×R0的电阻值与所述的检测元件内阻值相接近。

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，所述的带通滤波器由一个或多个可由数字电位器的电阻值来改变低通转折频率FL和高通转折频率FH的数控带通滤波器所组成，一个数字信号操作器输出数字信号D控制带通滤波器中数字电位器的电阻值，使带通滤波器的低通转折频率FL与高通转折频率FH改变到对应要求的频率点。

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，所述的带通滤波器可以由一个数控带通滤波器甲和一个数控带通滤波器乙串联组成，数控带通滤波器甲和数控带通滤波器乙分别有数字电位器甲与数字电位器丙来改变各自的低通转折频率FL，数控带通滤波器甲和数控带通滤波器乙分别有数字电位器乙与数字电位器丁来改变各自的高通转折频率FH；数字信号操作器输出数字信号D中的数字信号DL到带通滤波器中数字电位器甲和数字电位器丙的数字端口d，通过改变数字电位器甲和数字电位器丙的电阻值来改变带通滤波器的低通转折频率FL；数字信号操作器输出数字信号D中的数字信号DH控制带通滤波器中数字电位器乙和数字电位器丁的数字端口d，通过改变数字电位器乙与数字电位器丁的电阻值来改变带通滤波器的高通转折频率FH。

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，所述的带通滤波器中数控带通滤波器甲和数控带通滤波器乙的结构如下：

(a). 数控带通滤波器甲由可变电阻式的数字电位器甲和可变电阻式的数字电位器乙、电容甲和电容乙，放大器甲和放大器乙组成；数字电位器甲和数字电位器乙的电阻值RL1和RH1分别由数字信号操作器输出数字信号D中的数字信号DL和数字信号DH所控制改变；所述的信号X1连接到数字电位器甲的一端，数字电位器甲的另一端连接电容甲的一端和放大器甲的输入端，电容甲的另一端连接信号参考地，放大器甲的输出连接电容乙的一端，电容乙的另一端连接数字电位器乙的一端和放大器乙的输入端，数字电位器乙的另一端连接信号参考地，放大器乙的输出信号X2；

(b).数控带通滤波器乙由可变电阻式的数字电位器丙和可变电阻式的数字电位器丁、电容丙和电容丁，放大器丙和放大器丁组成；数字电位器丙和数字电位器丁的电阻值RL2和RH2分别由数字信号操作器输出数字信号D中的数字信号DL和数字信号DH所控制改变；所述的信号X2连接到数字电位器丙的一端，数字电位器丙的另一端连接电容丙的一端和放大器丙的输入端，电容丙的另一端连接信号参考地，放大器丙的输出连接电容丁的一端，电容丁的另一端连接数字电位器丁的一端和放大器丁的输入端，数字电位器丁的另一端连接信号参考地，放大器丁的输出信号Y1。

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，所述的信号后处理器是一个对所述信号Y1波形进行整形的单元，并输出代表流体涡街频率信息的脉冲信号或数据Y2。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

系统中采用了通用的仪表放大器和数字电位器芯片，并配置了可由数字信号控制高通转折频率FH和低通转折频率FL的带通滤波器，使不但可消除测量频率以外的噪声干扰又可使仪表在配套操作上实现数字化设置的功能。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构原理框图。

图2是图1中带通滤波器3及其数控带通滤波器甲3.1和数控带通滤波器乙3.2的一种实施例原理图。

具体实施方式

本发明的优选实施例如下述：参见图1和图2。

实施例一：

一种基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，如图1由涡街流量计的流体涡街检测元件1产生的信号X0输入到一个仪表放大器2作为系统的前置放大器，仪表放大器2的输出信号X1输入到是一个高通转折频率FH和低通转折频率FL由一个数字信号操作器4所控制和改变的带通滤波器3，带通滤波器3输出信号Y1输入到信号后处理器5，信号后处理器5输出代表流体涡街频率的脉冲信号或数据Y2。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，所述的仪表放大器2的两输入端上各连接一个另一端连接信号参考地的电阻R0，2×R0的电阻值与所述的检测元件1内阻值相接近，以提高仪表放大器2处理信号X0的信噪比。

通常，现代的通用仪表放大器都具有非常高的输入阻抗，一般可以用如INA116和INA122等通用仪表放大器作为这里所述的仪表放大器2。

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，所述的带通滤波器3由一个或多个可由数字电位器的电阻值来改变低通转折频率FL和高通转折频率FH的数控带通滤波器所组成，所述的数字信号操作器4输出数字信号D控制带通滤波器3中数字电位器的电阻值，使带通滤波器3的低通转折频率FL与高通转折频率FH改变到对应要求的频率点。如图2，带通滤波器3由一个一阶的数控带通滤波器甲3.1和一阶的数控带通滤波器乙3.2串联组成，数控带通滤波器甲3.1和数控带通滤波器乙3.2分别有数字电位器甲3.10与数字电位器丙3.20来改变各自的低通转折频率FL，数控带通滤波器甲3.1和数控带通滤波器乙3.2分别有数字电位器乙3.14与数字电位器丁3.24来改变各自的高通转折频率FH。

根据涡街流量计的原理，测量管口径不同和被测流体的液体与气体不同，所对应涡街频率的范围是不同的。涡街流量计的信号处理系统是要根据所配套的涡街流量计规格，改变系统的高通转折频率FH和低通转折频率FL，使系统能滤波掉测量频率以外的信号，以消除噪声干扰来提高涡街频率的测量水平。

这里，数字信号操作器4可以根据所配套的涡街流量计的规格，通过输出的数字信号D使带通滤波器3的低通转折频率FL和高通转折频率FH工作在合理的频率点。并可使仪表在配套操作上实现数字化设置的功能。

在现在的智能化涡街流量计中，图2中的数字信号操作器4通常就是基于微处理器的数字化显示与数据设置面板。

图2中，数字信号操作器3输出数字信号D中的数字信号DL到带通滤波器3中数字电位器甲3.10和数字电位器丙3.20的数字端口d，通过改变数字电位器甲3.10和数字电位器丙3.20的电阻值来改变带通滤波器3的低通转折频率FL；数字信号操作器3输出数字信号D中的数字信号DH控制带通滤波器3中数字电位器乙3.14和数字电位器丁3.24的数字端口d，通过改变数字电位器乙3.14与数字电位器丁3.24的电阻值来改变带通滤波器3的高通转折频率FH。

由于涡街流量计的规格比较多，要求的高通转折频率FH和低通转折频率FL的变化范围也比较宽。通常所采用的数字电位器的最大电阻要不小于100KΩ，并具有128以上的抽头，才能对常用的涡街流量计规格实现所要求的低通转折频率FL和高通转折频率FH工作频率点的设置。具有这样性能的数字电位器芯片也很多，如MICROCHIP公司和INTERSIL公司的MCP42100-I/P与X9258TS241-2.7等数字电位器芯片。

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，所述的带通滤波器3中数控带通滤波器甲3.1和数控带通滤波器乙3.2的组成结构如下：

(a). 数控带通滤波器甲3.1由可变电阻式的数字电位器甲3.10和可变电阻式的数字电位器乙3.14、电容甲3.11和电容乙3.13，放大器甲3.12和放大器乙3.15组成；数字电位器甲3.10和数字电位器乙3.14的电阻值RL1和RH1分别由数字信号操作器4输出数字信号D中的数字信号DL和数字信号DH所控制改变；所述的信号X1连接到数字电位器甲3.10的一端，数字电位器甲3.10的另一端连接电容甲3.11的一端和放大器甲3.12的输入端，电容甲3.11的另一端连接信号参考地，放大器甲3.12的输出连接电容乙3.13的一端，电容乙3.13的另一端连接数字电位器乙 3.14的一端和放大器乙3.15的输入端，数字电位器乙3.14的另一端连接信号参考地，放大器乙3.15的输出信号X2；

(b).数控带通滤波器乙3.2由可变电阻式的数字电位器丙3.20和可变电阻式的数字电位器丁3.24、电容丙3.21和电容丁3.23，放大器丙3.22和放大器丁3.25组成；数字电位器丙3.20和数字电位器丁3.24的电阻值RL2和RH2分别由数字信号操作器4输出数字信号D中的数字信号DL和数字信号DH所控制改变；所述的信号X2连接到数字电位器丙3.20的一端，数字电位器丙3.20的另一端连接电容丙3.21的一端和放大器丙3.22的输入端，电容丙3.21的另一端连接信号参考地，放大器丙3.22的输出连接电容丁3.23的一端，电容丁3.23的另一端连接数字电位器丁3.24的一端和放大器丁3.25的输入端，数字电位器丁3.24 的另一端连接信号参考地，放大器丁3.25的输出信号Y1。

如果电容甲3.11、电容乙3.13、电容丙3.21和电容丁3.23的电容值分别为CL1、CH1、CL2和CH2，则对应数字电位器甲3.10、数字电位器乙3.14、数字电位器丙3.20和数字电位器丁3.24的电阻值RL1、RH1、RL2和RH2，乘积RL1 ×CL1和乘积RH1 ×CH1确定了数控带通滤波器甲3.1的低通转折频率FL和高通转折频率FH。乘积RL2 ×CL2和乘积RH2 ×CH2确定了数控带通滤波器乙3.2的低通转折频率FL和高通转折频率FH。

图2中，可以这里使CL1= CL2和CH1= CH2，只要数字电位器甲3.10与数字电位器丙3.20相同，数字电位器乙3.14与数字电位器丁3.24相同。那么，数字信号操作器4输出数字信号D中的数字信号DL可以同时改变数控带通滤波器甲3.1和数控带通滤波器乙3.2的低通转折频率FL；同样，数字信号操作器3输出数字信号D中的数字信号DH可以同时改变数控带通滤波器甲3.1和数控带通滤波器乙3.2的高通转折频率FH。统一的消除测量频率以外的噪声干扰和使仪表在配套操作上实现数字化设置的功能。

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，通常在配套具体的涡街流量计需要对信号X0具有一定的放大倍数。图1中的仪表放大器2可以方便的实现改变或固定信号放大倍数，如INA122等通用仪表放大器可以方便实现5~10000间的信号放大倍数。同时，图2中的放大器甲3.12、放大器乙3.15、放大器丙3.22和放大器丁3.25都可以采用普通的同相放大器形式来实现所要求的信号放大功能。

上述基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统，所述的信号后处理器5是一个对所述信号Y1波形进行整形等处理的单元，并输出代表流体涡街频率信息的脉冲信号或数据Y2。对应图1，信号后处理器5最简单的可以是一个通常的二极管限幅与施密特触发整形电路，如2006年中国石化出版社出版的《涡街流量计》212~217页和244~270页中介绍的一些实现的方式。也可以是一个拥有特殊能力的数字信号处理单元。

基于仪表放大器的应力式涡街流量计信号处理系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。