電磁流量計抗干擾技術探討 二
1. 1 微分干擾產生機理及對策
在現行的電磁流量計設計中,低頻矩形波勵磁方式結合了直流勵磁和交流勵磁兩者的優點,成為主要勵磁方式之一。在低頻勵磁方式下,其干擾主要表現為:由
勵磁電流突變產生的微分干擾信號[ 1 ]。理想勵磁磁場信號為低頻矩形波,實際上隨著勵磁電流變化( dI /dt)在磁場上產生微分干擾信號,隨著電流的穩定,干擾信號隨之消失,因此同步采樣技術可以有效抑制微分干擾信號。實際設計中,模數轉化器使用AD公司的24位Sigma Delta 模數轉化器AD7714。AD7714 可以分
別采用硬件和軟件方式進行采樣開始時間控制,從而實現同步采樣。采用軟件方式時,當控制寄存器中FSYNC位為邏輯1 時,模數轉換器處于復位狀態;向該位寫邏輯0時,器件開始采樣輸入信號。在應用中,低頻勵磁信號由MSP430 單片機內部定時器產生,同時產生采樣信號。如圖1 所示,采樣開始時間滯后勵磁信號14個周期。
1. 2 工頻串模干擾產生機理及對策
在電磁流量計的工作現場存在大量工頻信號,疊加在勵磁回路、電極、前端放大器的工頻干擾噪聲對流量的準確測量造成極大影響。其中輻射耦合到勵磁回路的工頻輻射磁場(包括其諧波)造成勵磁磁場波動,影響流量測量。當流體流速較小時,工頻干擾信號與有效流量信號在同一數量級,嚴重影響測量結果。
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字濾波器使濾波器帶寬限制在50 Hz以內以抑制噪聲。在實際應用中使用Sigma Delta模數轉換器AD7714內部包含的數字濾波模塊,數字濾波器相對模擬濾波器除具有靈活性高、參數設置方便等特點之外, 還可以降低A /D 轉換期間引入的噪聲。AD7714數字濾波器為( sinx / x ) 3 低通濾波器,為濾波采樣個數; f為數字濾波器響應頻率。通過設定濾波采樣個數可以改變數字濾波器的截止頻率和一次陷波頻率。在本設計中綜合考慮模數轉換速度和去除噪聲性能,設置N 值使濾波器截止頻率為50 Hz,濾波器頻域響應如圖2所示,濾波器對工頻50 Hz及其偶次諧波有很好的抑制作用。
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