[發(fā)明專利]用于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的雙計(jì)時(shí)脈沖插值計(jì)數(shù)器及其實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410540434.0
• 申請(qǐng)日: 2014-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN104215307B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓偉;沈昱明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F25/00
• 分類號(hào): G01F25/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高精度計(jì)數(shù)器，特別涉及一種用于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的雙計(jì)時(shí)脈沖插值計(jì)數(shù)器及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

雙計(jì)時(shí)脈沖插值技術(shù)主要應(yīng)用于脈沖輸出型流量計(jì)的標(biāo)定過程中。當(dāng)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置標(biāo)定脈沖輸出型流量計(jì)（如渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)等）時(shí)，為了使流量計(jì)脈沖計(jì)數(shù)具有較高的精確度，就要求在標(biāo)定時(shí)間間隔內(nèi)采集到足夠的脈沖數(shù)。例如，為了使計(jì)數(shù)精確度達(dá)到0.01%，采集的總脈沖數(shù)必須達(dá)到10000個(gè)以上。然而，通常流量計(jì)單位體積流量所產(chǎn)生的脈沖數(shù)是有限的，并且傳統(tǒng)計(jì)數(shù)器只能計(jì)算完整的脈沖信號(hào)所代表的流體流量，殘缺脈沖所代表的流體流量是無法測(cè)得的，因此造成了計(jì)量誤差。為了消除這個(gè)誤差，流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的體積不得不做得很龐大，標(biāo)定時(shí)間間隔也不得不相對(duì)較長(zhǎng)?；诿}沖插值技術(shù)計(jì)數(shù)器的出現(xiàn)，有效地解決了這個(gè)問題。在雙計(jì)時(shí)法、四倍計(jì)時(shí)法以及鎖相環(huán)脈沖插值技術(shù)中，雙計(jì)時(shí)法是比較容易實(shí)現(xiàn)的，而且可靠性高。當(dāng)被測(cè)流量穩(wěn)定性較好，流量計(jì)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)波形規(guī)則、均勻，雙計(jì)時(shí)法可以實(shí)現(xiàn)在門控時(shí)間間隔內(nèi)，累積脈沖少于10000個(gè)時(shí)，仍能保證0.01%精確度的計(jì)數(shù)功能，從而可以得到更高精度的流量信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有的流量標(biāo)定裝置中，標(biāo)定過程時(shí)間長(zhǎng)、標(biāo)定設(shè)備體積龐大以及在較短標(biāo)定時(shí)間間隔內(nèi)，計(jì)數(shù)精度較低的問題，提出了一種用于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的雙計(jì)時(shí)脈沖插值計(jì)數(shù)器及其實(shí)現(xiàn)方法，該計(jì)數(shù)器不僅能保證流量計(jì)標(biāo)定精度，而且可以大大縮短標(biāo)定時(shí)間，縮小流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的體積。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種用于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的雙計(jì)時(shí)脈沖插值計(jì)數(shù)器，包括門控信號(hào)處理電路、脈沖信號(hào)處理電路和算法處理模塊，算法處理模塊包括門控信號(hào)控制模塊、計(jì)時(shí)器T1模塊、計(jì)時(shí)器T2模塊、計(jì)數(shù)器N模塊、雙計(jì)時(shí)脈沖插值運(yùn)算模塊，門控信號(hào)處理電路將處理后的門控信號(hào)送門控信號(hào)控制模塊，脈沖信號(hào)處理電路將處理后的被標(biāo)定流量計(jì)脈沖信號(hào)送門控信號(hào)控制模塊，門控信號(hào)控制模塊觸發(fā)兩個(gè)計(jì)時(shí)器模塊和計(jì)數(shù)器模塊工作，計(jì)時(shí)器T2模塊輸出門控信號(hào)內(nèi)的時(shí)間間隔，計(jì)數(shù)器N模塊采集一個(gè)門控時(shí)間間隔內(nèi)流量計(jì)完整脈沖數(shù)，計(jì)時(shí)器T1模塊輸出門控時(shí)間間隔內(nèi)完整流量計(jì)脈沖的時(shí)間間隔，兩個(gè)計(jì)時(shí)器模塊和計(jì)數(shù)器模塊輸出數(shù)據(jù)送雙計(jì)時(shí)脈沖插值運(yùn)算模塊，雙計(jì)時(shí)脈沖插值運(yùn)算模塊進(jìn)行門控時(shí)間間隔內(nèi)的流量計(jì)發(fā)出的實(shí)際脈沖數(shù)計(jì)算。

所述算法處理模塊采樣EP2C5T144C8型號(hào)FPGA，所述雙計(jì)時(shí)脈沖插值運(yùn)算模塊包含兩個(gè)64位整數(shù)乘法器、一個(gè)64位整數(shù)除法器、一個(gè)雙計(jì)時(shí)插值算法處理模塊和一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸出控制模塊。

所述用于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的雙計(jì)時(shí)脈沖插值計(jì)數(shù)器，還包括顯示單元和RS-485輸出接口，門控信號(hào)處理電路對(duì)光電開關(guān)產(chǎn)生的門控信號(hào)進(jìn)行濾波、整型、放大處理，然后輸出到脈沖信號(hào)處理電路的I/O管腳產(chǎn)生T₂信號(hào)；脈沖信號(hào)處理電路對(duì)被標(biāo)定流量計(jì)輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行光電隔離和信號(hào)電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后信號(hào)輸出到FPGA的另一個(gè)I/O管腳產(chǎn)生T₁信號(hào)，F(xiàn)PGA完成脈沖插值功能和數(shù)據(jù)處理，通過顯示單元顯示，同時(shí)通過RS-485和上位機(jī)通信。

所述用于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的雙計(jì)時(shí)脈沖插值計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)方法，門控信號(hào)控制模塊判斷門控信號(hào)有效時(shí)，開啟計(jì)數(shù)器N模塊、計(jì)時(shí)器T1模塊和計(jì)時(shí)器T2模塊，在門控信號(hào)無效時(shí)則關(guān)閉相應(yīng)計(jì)數(shù)器模塊和計(jì)時(shí)器模塊，并且向雙計(jì)時(shí)脈沖插值運(yùn)算模塊發(fā)送計(jì)數(shù)完畢信號(hào)；雙計(jì)時(shí)脈沖插值運(yùn)算模塊采用下式進(jìn)行一個(gè)門控時(shí)間間隔內(nèi)的流量計(jì)發(fā)出的實(shí)際脈沖數(shù)的計(jì)算：

，

其中T₁為計(jì)時(shí)器T2模塊輸出的一個(gè)門控時(shí)間間隔內(nèi)N個(gè)完整脈沖的時(shí)間間隔；T₂為一個(gè)門控時(shí)間間隔；完成雙計(jì)時(shí)脈沖插值運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果保留3位小數(shù)；將得到的計(jì)數(shù)值和計(jì)時(shí)時(shí)間轉(zhuǎn)換后再傳輸給顯示單元驅(qū)動(dòng)模塊；RS-485通信模塊完成串口自定義的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)的通信，當(dāng)一次計(jì)數(shù)完畢后，計(jì)數(shù)器自動(dòng)向上位機(jī)發(fā)送累積脈沖個(gè)數(shù)和門控時(shí)間間隔信息。

所述計(jì)數(shù)器N在一個(gè)門控時(shí)間間隔內(nèi)最少采集的流量計(jì)脈沖數(shù)應(yīng)滿足：

，f為被標(biāo)定流量計(jì)頻率，f_c為算法處理模塊的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。