專利名稱：高精度一體化dsp數(shù)字渦街流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流量測量儀表領(lǐng)域，以DSP為核心的數(shù)字信號處理系統(tǒng)的一體化智能 儀表。
背景技術(shù)：
渦街流量傳感器是以卡門和斯特羅哈爾旋渦的產(chǎn)生及與流量關(guān)系的理論為依據(jù) 來測量蒸汽、氣體及低粘度液體的流量。在表體中垂直插入一根三角柱即旋渦發(fā)生體，當(dāng)表 體中有介質(zhì)流過時，在三角柱的后面交替產(chǎn)生方向相反有規(guī)則的卡門旋渦，其旋渦分離頻 率F與介質(zhì)流動速度V成正比。通過傳感頭檢測出旋渦的個數(shù)，就可以測算出流體流速，再 根據(jù)表體口徑計算出被測介質(zhì)的體積流量。渦街流量計具有結(jié)構(gòu)簡單牢固、適用流體種類 多、精度較高、范圍度寬、壓損小等優(yōu)點，但如果其精度能進一步提高，那么應(yīng)用范圍將進一 步擴大。 目前的傳統(tǒng)渦街流量計也存在一些問題，如小流量測量下限偏高，導(dǎo)致量程比受 限，測量范圍變窄。并且渦街流量計使用現(xiàn)場情況復(fù)雜，經(jīng)常造成測量管路振動，干擾渦街 流量計的測量結(jié)果，造成渦街流量計測量精度下降或無法正常工作。而且，當(dāng)流量信號不穩(wěn) 定或微弱時，普通的渦街流量計信號處理算法很難達到精度要求。 TMS320VC5410數(shù)字信號處理器是美國TI公司推出的TMS320VC54x系列定點DSP 中的一種，它具有144管腳的LQFP封裝，采用3. 3V的I/O電壓和2. 5V的核電壓供電方式， 具有3個獨立的16位數(shù)據(jù)總線和l個程序總線的多總線并行結(jié)構(gòu)，其低功耗和高速度適用 于測量儀表系統(tǒng)的開發(fā)。 選擇高性能數(shù)字信號處理器和算法實現(xiàn)渦街信號的精確處理和針對不同流量范 圍，尤其是小流量信號的進一步優(yōu)化對提高渦街流量計的精度有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型主要由信號調(diào)理前向通道和DSP信號處理模塊組成。主要通過根據(jù)實 際流量范圍調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)及使用Chirp-Z算法，優(yōu)化渦街流量計的小流量、管路振動和流 量信號微弱情況下的測量結(jié)果，解決使用現(xiàn)場復(fù)雜情況下渦街流量計測量精度下降或無法 正常工作的情況，以及解決小流量測量時的精度降低的問題。 本系統(tǒng)具體包括電荷放大器電路、程控放大電路、低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路 和DSP基本系統(tǒng)。信號調(diào)理前向通道將渦街流量計輸出的壓電信號通過電荷放大電路轉(zhuǎn)換 為電壓信號，同時，系統(tǒng)產(chǎn)生1000Hz左右的正弦信號作為自檢信號，兩路信號通過模擬開 關(guān)進行切換。模擬開關(guān)的輸出信號經(jīng)程控放大器放大后輸入低通濾波器，DSP信號處理子 系統(tǒng)利用A/D轉(zhuǎn)換器芯片MAX1246對低通濾波器輸出信號進行采集，通過一定的分析，計算 出主頻率分量，并通過Chirp-Z細化分析，得到較精確的主頻率分量，根據(jù)主頻率分量值， 向外輸出同頻的TTL脈沖以及與脈沖頻率大小成正比的4-20mA電流信號。 設(shè)計自檢信號產(chǎn)生電路，提供系統(tǒng)自檢功能，在無輸入信號時用于系統(tǒng)功能的檢
3定與測試以及系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)信號下的校準(zhǔn)。通過運放構(gòu)成正弦振蕩電路產(chǎn)生1000Hz左右的 正弦信號，并通過模擬開關(guān)在自檢信號和傳感器信號之間進行切換。 系統(tǒng)有四路跳線撥碼開關(guān)，共有16種檔位設(shè)置，不同的檔位所對應(yīng)的頻率范圍不 同?？筛鶕?jù)實際流速的范圍調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，以提高測量精度。 DSP信號處理子系統(tǒng)以TMS320VC5410為核心，并根據(jù)該型DSP設(shè)計相應(yīng)的DSP應(yīng) 用基本系統(tǒng)，包括電源模塊、電平轉(zhuǎn)換器、復(fù)位監(jiān)控模塊、JTAG插口 、邏輯控制模塊、Flash 存貯器、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換器。 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用中斷方式，流程如附圖5、6所示。 本實用新型的有益效果是，采用高性能數(shù)字信號處理器和算法，實現(xiàn)渦街信號的 精確處理，針對不同流量范圍對信號處理方法作相應(yīng)的修改，進一步提高渦街流量計的測 量精度。

附圖1
附圖2 附圖3 附圖4 附圖5 附圖6本實用新型整體框圖信號調(diào)理前向通道電路圖 :DSP模塊原理圖4-20mA遠傳電路圖主程序流程圖 :中斷服務(wù)程序流程圖
具體實施方式本系統(tǒng)主要由信號調(diào)理前向通道和DSP信號處理模塊組成，具體包括電荷放大 器電路、程控放大電路、低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和DSP基本系統(tǒng)。DSP芯片采用TI公司 生產(chǎn)的TMS320VC5410。信號調(diào)理前向通道將渦街流量計輸出的壓電信號通過電荷放大電路 轉(zhuǎn)換為電壓信號，同時，系統(tǒng)產(chǎn)生1000Hz左右的正弦信號作為自檢信號，兩路信號通過單 八路模擬開關(guān)CD4051進行切換。模擬開關(guān)的輸出信號經(jīng)程控放大后輸入四階低通濾波器， DSP信號處理子系統(tǒng)利用A/D轉(zhuǎn)換器芯片MAX1246對低通濾波器輸出信號進行采集。另外， 系統(tǒng)采用AMD公司生產(chǎn)的Am29LV200B 128KB的Flash存儲器對運行數(shù)據(jù)進行存儲。采用 Lattice公司的GAL16LV8芯片進行邏輯控制和flash存儲器的控制。系統(tǒng)通過TPS767D325 電源芯片向DSP的接口電路提供3. 3V的工作電壓和2. 5V的核電壓。并根據(jù)DSP計算的主 頻率分量值，通過美國ADI公司生產(chǎn)的16位串行輸入4 20mA電流環(huán)路輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器 AD421向外輸出同頻的TTL脈沖以及與脈沖頻率大小成正比的4 20mA電流信號。 上電后，先進行系統(tǒng)、McBSP、DMA及中斷的初始化，然后讀入撥碼開關(guān)狀態(tài)，并設(shè)置 相應(yīng)參數(shù)。然后等待中斷信號，并進入中斷處理程序，通過一定的分析，計算出主頻率分量， 并通過Chirp-Z細化分析，得到較精確的主頻率分量。而后控制AD421，完成4 20mA電流 信號和脈沖信號的輸出并等待下次中斷。主程序如圖5所示 中斷程序如圖6所示。
權(quán)利要求高精度一體化DSP數(shù)字渦街流量計，主要由信號調(diào)理前向通道和DSP信號處理模塊組成，具體包括電荷放大器電路、程控放大電路、低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和DSP基本系統(tǒng)；其特征是信號調(diào)理前向通道將渦街流量計探頭輸出的壓電信號通過電荷放大電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，同時，系統(tǒng)產(chǎn)生1000Hz左右的正弦信號作為自檢信號，兩路信號通過模擬開關(guān)進行切換；模擬開關(guān)的輸出信號經(jīng)程控放大后輸入低通濾波器，DSP信號處理子系統(tǒng)利用A/D轉(zhuǎn)換器芯片MAX1246對低通濾波器輸出信號進行采集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度一體化DSP數(shù)字渦街流量計，其特征為設(shè)計了自檢 信號產(chǎn)生電路，通過運放構(gòu)成正弦振蕩電路產(chǎn)生1000Hz左右的正弦信號，并通過模擬開關(guān) 在自檢信號和傳感器信號之間進行切換。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度一體化DSP數(shù)字渦街流量計，其特征為系統(tǒng)有四路 跳線撥碼開關(guān)，共有16種檔位設(shè)置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度一體化DSP數(shù)字渦街流量計，其特征為DSP信號處理 子系統(tǒng)以TMS320VC5410為核心，包括電源模塊、電平轉(zhuǎn)換器、復(fù)位監(jiān)控模塊、JTAG插口 、邏 輯控制模塊、Flash存貯器、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換器。
專利摘要本實用新型將DSP技術(shù)應(yīng)用于渦街流量計的信號處理系統(tǒng)，此系統(tǒng)由前向通道信號調(diào)理和DSP信號處理兩大模塊組成，具體包括電荷放大器電路、程控放大電路、低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和DSP基本系統(tǒng)。前向通道將渦街流量計輸出的壓電信號通過電荷放大電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，信號處理模塊檢測信號中的主頻分量，并輸出與頻率分量同頻的TTL電平的脈沖信號，以及4-20mA的電流信號。在前向通道信號調(diào)理模塊中加入自檢信號產(chǎn)生電路，可對系統(tǒng)進行檢測，以提高測量精度。本系統(tǒng)有四路跳線撥碼開關(guān)，針對不同的流量范圍調(diào)整參數(shù)，進一步提高流量測量精度。
文檔編號G01F1/32GK201444056SQ20082017810
公開日2010年4月28日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者劉帥, 葉斌, 李超, 耿衛(wèi)國, 陳鋒 申請人:北京航天峰光電子技術(shù)有限責(zé)任公