[發明專利]一種自適應數字式射頻導納物位儀

在審

• 申請號: 202211348343.8
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115824352A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 劉虎;陳明照;趙俊杰;路璐;李燁;吳俊
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;G01F23/80
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 鄒文玉

1.一種自適應數字式射頻導納物位儀，包括主控制器、自適應物位信號采集電路和電源穩壓電路，其特征在于：

所述的自適應物位信號采集電路包括高頻正弦波發生電路、物位測量電橋電路、過零采樣電路、自適應斬波電路、信號選擇電路、積分電路和小信號放大電路；

所述主控制器外部的中斷引腳與過零采樣電路連接，獲得高頻正弦波信號的周期時間及過零時間點；AD輸入引腳與AD信號采集電路連接，采集物位信號值；所述主控制器的PWM輸出端連接信號選擇電路，輸出斬波延時信號作為信號選擇電路的數字控制信號；所述主控制器的DA輸出端和4-20mA兩線制電流環電路連接，輸出DA信號，進行4-20mA的電流轉換；所述主控制器的外部中斷引腳計時高頻正弦波的周期時間，調整并輸出斬波積分信號，最后再根據物位值，輸出DA信號到4-20mA電流環電路；

所述的主控制器計算高頻正弦波頻率、適應頻率并且輸出斬波延時信號，在的相位區域產生斬波方波，送入信號選擇電路作為數字控制信號，物位信號被送入信號選擇電路作為數據輸入信號，對物位信號中掛料噪聲部分斬波積分，消除掛料信號；能主動適應頻率并根據頻率輸出斬波延時信號；并引入補償延時參數，根據回傳的物位信號，對補償延時參數賦值，不斷調整延時參數，微調斬波積分范圍，使得處理后的物位值與實際物位值達到精度范圍。

2.根據權利要求1所述的一種自適應數字式射頻導納物位儀，其特征在于：所述的斬波積分區間是根據流過被測物位電容的電流和流過掛料粘附層的電流相位差計算的來，具體的計算公式為：

I_w＝jωC_wU

根據射頻導納原理得：

將R_g帶入I_g式中可以得：

I_g＝(1+j)ωC_gU

式中，U為頻率ω的激勵電壓，C_g為物位的等效電容，I_w為實際物位信號電流，I_g為掛料粘附層流過電流，根據上式可以看出I_w和I_g存在的相位差，在輸出信號ωt的區間做積分即可消除掛料信號影響。

3.根據權利要求1或2所述的一種自適應數字式射頻導納物位儀，其特征在于：所述的斬波積分區間信號作為開關信號送入雙通道模擬開關，控制雙通道開關輸出雙周期斬波信號，降低信噪比后送入積分電路，將轉換后的正弦信號積分成與物位信號相關的電壓值。

4.根據權利要求1所述的一種自適應數字式射頻導納物位儀，其特征在于：所述的電源穩壓電路中設置有電源穩壓芯片、降壓穩流電路和降壓濾波電路，所述的電源穩壓電路將24V直流電壓源穩壓后，再經過整流濾波電路，輸出2.5V電壓，供主控制器的24位AD芯片供電；所述的降壓濾波電路通過穩壓芯片后，再經過整流濾波將5V穩壓源降至3.3V電壓，為主控制器和雙通道開關進行供電。

5.根據權利要求1所述的一種自適應數字式射頻導納物位儀，其特征在于：所述的高頻正弦波發生電路產生頻率在100KHz左右的高頻正弦激勵信號，分兩路輸出，一路送到物位電橋測量電路，另一路送到過零采樣電路，高頻正弦波發生電路產生的高頻正弦波信號。

6.根據權利要求6所述的一種自適應數字式射頻導納物位儀，其特征在于：所述的高頻正弦波發生電路與物位測量電橋電路相連接，電路上設計了隔離變壓器T01，變壓器T01的輸入端V+為所述的100KHz左右的正弦波信號，同時變壓器T01次級、零點電容和被測物體電容構成電橋的4個臂；當被測物體有物位動作后，被測物體電容變化，物位電橋電路輸出相應的物位信號；所述的物位電橋測量電路和電橋輸出信號放大電路相連接，將輸出的微小物位信號放大后傳輸至模擬開關。

7.根據權利要求1所述的一種自適應數字式射頻導納物位儀，其特征在于：所述的物位電橋測量電路由電容和正弦激勵電感組成，測量出物位電容變化進而獲得物位信號，再將物位小信號放大處理，送到信號選擇電路。