基于正弦波励磁的电容式电磁流量计研制 ——信号分析及噪声抑制

论文摘要

在国内外流量计高端市场不断增大的今天,国内很多厂商的产品还处于组装进口部件的地位,没有自己的核心技术,在市场竞争中显得十分被动,因此,研制具有自主知识产权的流量计成为我们的必然选择。本文的撰写是在以研发的过程为线索进行的,整个研发的过程经历了从了解到掌握,从理论到实践的过程。在研发的初期,通过理论的分析了解了电容式电磁流量计的传感器工作原理并设计其结构,再对噪声信号进行分析并提出解决方案,同时对励磁信号也进行分析和选择;与上面对信号的分析相结合,反复设计并绘制信号处理PCB板完成对流量信号的净化和提取任务,流量信号获取后并不是纯净的,仍需要进一步数字信号处理方法的参与,进而对模数转换电路提出了要求,所以在模拟信号处理板完成后,又设计了模数转换电路并编写了对应的驱动程序;最终通过使用开发板完成了ADC芯片的驱动和数字信号的处理及显示。在整个研制过程中,噪声信号的去除是关键问题,要去除它就要了解它,我们通过不断的尝试获得数据再经过分析得出解决方案,通过实验验证,如果结果不理想又会再分析数据,就这样在不断的获取数据、分析数据、提出方案的过程中问题逐渐得到解决。本人是在导师赵辉副教授指导下参与此项目研发的,在研制的过程中受益匪浅,基本掌握了电容式电磁流量计的理论原理并拥有了一定的研发调试经验,希望与大家分享。本文是从电容式电磁流量计的研制实际出发的,具有较强的针对性和实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 测量意义
• 1.2 流量计发展及现状
• 1.2.1 容积式流量计
• 1.2.2 压差式流量计
• 1.2.3 浮子流量计
• 1.2.4 涡轮流量计
• 1.2.5 超声流量计
• 1.2.6 涡街流量计
• 1.2.7 传统电磁流量计
• 1.3 电容式电磁流量计研制意义及特点
• 1.4 课题内容及本论文安排
• 第二章 电容式电磁流量计工作原理
• 2.1 传感器概述
• 2.2 法拉第电磁感应定律
• 2.3 传感器工作原理
• 本章小结
• 第三章 信号分析及处理
• 3.1 噪声类型及处理
• 3.1.1 杂散干扰
• 3.1.2 寄生与分布电容噪声
• 3.1.3 励磁电场干扰
• 3.1.4 同相/正交干扰
• 3.1.5 工频干扰
• 3.1.6 共模/差模干扰
• 3.1.7 串模干扰
• 3.1.8 高低频耦合干扰
• 3.1.9 失调电压
• 3.1.10 增益失真
• 3.1.11 量化失真
• 3.1.12 数字电源干扰
• 3.2 励磁信号
• 3.2.1 直流励磁
• 3.2.2 交流励磁
• 3.2.3 矩形波励磁
• 3.2.4 双频励磁
• 3.2.5 高频正弦波励磁
• 3.2.6 励磁选择
• 本章小结
• 第四章 信号获取及处理实现
• 4.1 电容式电磁流量计传感器设计
• 4.1.1 电极设计
• 4.1.2 转换器设计
• 4.1.2.1 电路设计
• 4.1.2.2 器件选择
• 4.2 模拟信号处理
• 4.2.1 电路设计
• 4.2.2 器件选择
• 4.3 A/D 采集
• 4.3.1 电路设计
• 4.3.2 器件选择
• 4.4 数字信号处理
• 本章小结
• 第五章 印刷电路板设计
• 5.1 板级选择
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 结构
• 5.2 设计
• 5.2.1 布局
• 5.2.2 布线
• 5.3 抗扰措施
• 本章小结
• 第六章 流量信号标定
• 6.1 流体的流速分布对测量的影响
• 6.2 流体流速的上下限
• 6.3 磁场边缘效应对测量的影响
• 本章小结
• 第七章 数据分析
• 7.1 测试试验及分析
• 7.1.1 静态测量
• 7.1.2 动态测量
• 7.2 数据处理
• 7.2.1 静态测量
• 7.2.2 动态测量
• 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 附录1:转换器电路原理图及 PCB 图
• 附录2:模拟信号处理电路原理图及 PCB 图
• 附录3:数模转换处理电路原理图及 PCB 图
• 附录4:产品样机