電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)探討 二

1. 1　微分干擾產(chǎn)生機(jī)理及對(duì)策

在現(xiàn)行的電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)中,低頻矩形波勵(lì)磁方式結(jié)合了直流勵(lì)磁和交流勵(lì)磁兩者的優(yōu)點(diǎn),成為主要?jiǎng)?lì)磁方式之一。在低頻勵(lì)磁方式下,其干擾主要表現(xiàn)為:由

勵(lì)磁電流突變產(chǎn)生的微分干擾信號(hào)[ 1 ]。理想勵(lì)磁磁場(chǎng)信號(hào)為低頻矩形波,實(shí)際上隨著勵(lì)磁電流變化( dI /dt)在磁場(chǎng)上產(chǎn)生微分干擾信號(hào),隨著電流的穩(wěn)定,干擾信號(hào)隨之消失,因此同步采樣技術(shù)可以有效抑制微分干擾信號(hào)。實(shí)際設(shè)計(jì)中,模數(shù)轉(zhuǎn)化器使用AD公司的24位Sigma Delta 模數(shù)轉(zhuǎn)化器AD7714。AD7714 可以分

別采用硬件和軟件方式進(jìn)行采樣開始時(shí)間控制,從而實(shí)現(xiàn)同步采樣。采用軟件方式時(shí),當(dāng)控制寄存器中FSYNC位為邏輯1 時(shí),模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于復(fù)位狀態(tài);向該位寫邏輯0時(shí),器件開始采樣輸入信號(hào)。在應(yīng)用中,低頻勵(lì)磁信號(hào)由MSP430 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生,同時(shí)產(chǎn)生采樣信號(hào)。如圖1 所示,采樣開始時(shí)間滯后勵(lì)磁信號(hào)14個(gè)周期。

1. 2　工頻串模干擾產(chǎn)生機(jī)理及對(duì)策

在電磁流量計(jì)的工作現(xiàn)場(chǎng)存在大量工頻信號(hào),疊加在勵(lì)磁回路、電極、前端放大器的工頻干擾噪聲對(duì)流量的準(zhǔn)確測(cè)量造成極大影響。其中輻射耦合到勵(lì)磁回路的工頻輻射磁場(chǎng)(包括其諧波)造成勵(lì)磁磁場(chǎng)波動(dòng),影響流量測(cè)量。當(dāng)流體流速較小時(shí),工頻干擾信號(hào)與有效流量信號(hào)在同一數(shù)量級(jí),嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。

已知工頻耦合噪聲基波頻率為50 Hz,因此可以采用模擬或數(shù)字濾波器使濾波器帶寬限制在50 Hz以內(nèi)以抑制噪聲。在實(shí)際應(yīng)用中使用Sigma Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7714內(nèi)部包含的數(shù)字濾波模塊,數(shù)字濾波器相對(duì)模擬濾波器除具有靈活性高、參數(shù)設(shè)置方便等特點(diǎn)之外, 還可以降低A /D 轉(zhuǎn)換期間引入的噪聲。AD7714數(shù)字濾波器為( sinx / x ) 3 低通濾波器,為濾波采樣個(gè)數(shù); f為數(shù)字濾波器響應(yīng)頻率。通過設(shè)定濾波采樣個(gè)數(shù)可以改變數(shù)字濾波器的截止頻率和一次陷波頻率。在本設(shè)計(jì)中綜合考慮模數(shù)轉(zhuǎn)換速度和去除噪聲性能,設(shè)置N 值使濾波器截止頻率為50 Hz,濾波器頻域響應(yīng)如圖2所示,濾波器對(duì)工頻50 Hz及其偶次諧波有很好的抑制作用。

電磁流量計(jì)