[發(fā)明專利]一種連續(xù)交變磁場(chǎng)測(cè)量裝置及其方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010844590.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN112050869A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張晏方;余海勝;胡濱;周運(yùn)其;周游;熊強(qiáng);陳玉芳;吳友鏗;高瑋;龍杜鵑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長江武漢航道工程局
• 主分類號(hào): G01F1/58
• 分類號(hào): G01F1/58;G01F1/60;G01F15/02
• 代理公司: 武漢紅觀專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42247
• 代理人: 李季

1.一種連續(xù)交變磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其包括測(cè)量管、勵(lì)磁線圈、傳感器、激勵(lì)源、信號(hào)處理電路和控制器，其特征在于：所述激勵(lì)源為工頻交流激勵(lì)源；

所述傳感器包括測(cè)量電極對(duì)，所述測(cè)量電極對(duì)沿測(cè)量管的管徑方向穿通管壁固定在測(cè)量管上；

所述信號(hào)處理電路包括電極信號(hào)調(diào)理電路、第一儀表放大器、第二儀表放大器、第一相敏檢波器、第二相敏檢波器和滯回比較器；

所述工頻交流激勵(lì)源輸出的交流激勵(lì)信號(hào)施加在勵(lì)磁線圈上，測(cè)量管內(nèi)壁建立連續(xù)交變磁場(chǎng)，在測(cè)量電極對(duì)上測(cè)量電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)通過電極信號(hào)調(diào)理電路消除干擾信號(hào)，再經(jīng)過第一儀表放大器進(jìn)行放大和噪聲抑制處理，處理后的電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過第一相敏檢波器進(jìn)行相位補(bǔ)償和零位補(bǔ)償后，消除電動(dòng)勢(shì)中的正交干擾信號(hào)和同相干擾，第一相敏檢波器輸出感生電勢(shì)信號(hào)，該感生電勢(shì)信號(hào)輸出至控制器進(jìn)行數(shù)字濾波和處理；

所述第二儀表放大器檢測(cè)工頻交流激勵(lì)源輸出的交流激勵(lì)信號(hào)，并對(duì)該交流激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理，處理后的交流激勵(lì)信號(hào)通過第二相敏檢波器檢波后輸出至控制器進(jìn)行數(shù)字濾波和處理，同時(shí)通過滯回比較器將該交流激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的方波信號(hào)，該方波信號(hào)作為第一相敏檢波器和第二相敏檢波器同步檢波的同步頭，并輸出至控制器，控制器對(duì)經(jīng)過數(shù)字濾波后感生電勢(shì)信號(hào)和交流激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)算得到實(shí)時(shí)流速信號(hào)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)交變磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述交流激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)頻率為50Hz。

3.如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)交變磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述電極信號(hào)調(diào)理電路包括：第一帶通濾波器、第二帶通濾波器、第一差分放大器、第二差分放大器和限幅器；

所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的輸入端分別與測(cè)量電極對(duì)一一對(duì)應(yīng)電性連接，第一帶通濾波器的輸出端通過第一差分放大器與限幅器的第一輸入端電性連接，第二帶通濾波器的輸出端通過第二差分放大器與限幅器的第二輸入端電性連接，限幅器的輸出端與第一儀表放大器的輸入端電性連接。

4.如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)交變磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述第二儀表放大器包括：運(yùn)算放大器OP07、電阻R15、電阻R16、電阻R31、電阻R34和電容C11；

所述工頻交流激勵(lì)源輸出的交流激勵(lì)信號(hào)通過電阻R31輸入至運(yùn)算放大器OP07的引腳3，電阻R34的一端與運(yùn)算放大器OP07的引腳3電性連接，電阻R34的另一端接地，電阻R16并聯(lián)在運(yùn)算放大器OP07的引腳2及其引腳6之間，電容C11并聯(lián)在電阻R16的兩端，電阻R15的一端與運(yùn)算放大器OP07的引腳2電性連接，電阻R15的另一端接地，運(yùn)算放大器OP07的引腳6分別與滯回比較器的輸入端和第二相敏檢波器的輸入端電性連接。

5.如權(quán)利要求4所述的一種連續(xù)交變磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于：所述滯回比較器包括：電阻R36、電阻R37、電阻R17、電阻R18、二極管D11、二極管D12和運(yùn)算放大器TL082；

所述運(yùn)算放大器OP07的引腳6通過電阻R36與運(yùn)算放大器TL082的引腳2電性連接，電阻R18并聯(lián)在運(yùn)算放大器TL082的引腳3及其引腳1兩端，電阻R17的一端與運(yùn)算放大器TL082的引腳3電性連接，電阻R17的另一端接地，運(yùn)算放大器TL082的引腳1通過電阻R37輸出方波信號(hào)，該方波信號(hào)作為電流采集的同步頭，并輸出至控制器。

6.如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)交變磁場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于：還包括電磁流量計(jì)空管檢測(cè)裝置；

所述電磁流量計(jì)空管檢測(cè)裝置檢測(cè)電磁流量計(jì)輸出信號(hào)是否為空管信號(hào)；若檢測(cè)為空管信號(hào)時(shí)，控制器控制關(guān)斷流速輸出。

7.一種連續(xù)交變磁場(chǎng)測(cè)量方法，其包括以下步驟：

S1、工頻交流激勵(lì)源輸出的交流激勵(lì)信號(hào)施加在勵(lì)磁線圈上，測(cè)量管內(nèi)壁建立連續(xù)交變磁場(chǎng)，采用如權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理電路采集并處理測(cè)量電極對(duì)上測(cè)量電動(dòng)勢(shì)以及工頻交流激勵(lì)源輸出的交流激勵(lì)信號(hào)，并將處理后的信號(hào)輸出至控制器；

S2、控制器接收信號(hào)處理電路輸出的信號(hào)，并將該數(shù)據(jù)劃分為異常數(shù)據(jù)和非異常數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)異常數(shù)據(jù)采用曲線擬合濾波算法求取與該異常數(shù)據(jù)吻合的計(jì)算值，并用該計(jì)算值代替該異常值，最后輸出精確的圖像數(shù)據(jù)。

8.如權(quán)利要求7所述的一種連續(xù)交變磁場(chǎng)測(cè)量方法，其特征在于：所述S2中曲線擬合濾波算法具體包括以下步驟：

S101、將單個(gè)異常數(shù)據(jù)記為(x_i,y_i)，其中，x_i為該異常數(shù)據(jù)的位置坐標(biāo)，y_i為其測(cè)量值；取x_i的前兩個(gè)位置和后兩個(gè)位置的圖像數(shù)據(jù)，分別記為x_i+1、x_i+2、x_i-1和x_i-2，取這四個(gè)圖像數(shù)據(jù)測(cè)量值的平均值，記為

S102、計(jì)算這四個(gè)圖像數(shù)據(jù)的偏移總值以及偏離值，將偏移總值記為M，將偏離值記為N，其中，

S103、預(yù)設(shè)偏離值閾值，當(dāng)偏離值N超過預(yù)設(shè)偏離值閾值時(shí)，去除偏離值N對(duì)應(yīng)的測(cè)量值，并選取二次曲線做曲線擬合如下：

確定使方程式(1)達(dá)到最小的待定系數(shù)值a、b和c，將該異常數(shù)據(jù)的x_i和y_i代入方程式(1)，得到用于替換該異常值的計(jì)算值。