電磁流量計抗干擾技術(shù)探討 二
1. 1 微分干擾產(chǎn)生機(jī)理及對策
在現(xiàn)行的電磁流量計設(shè)計中,低頻矩形波勵磁方式結(jié)合了直流勵磁和交流勵磁兩者的優(yōu)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(xiàn)為:由
勵磁電流突變產(chǎn)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(chǎn)生微分干擾信號,隨著電流的穩(wěn)定,干擾信號隨之消失,因此同步采樣技術(shù)可以有效抑制微分干擾信號。實際設(shè)計中,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)行采樣開始時間控制,從而實現(xiàn)同步采樣。采用軟件方式時,當(dāng)控制寄存器中FSYNC位為邏輯1 時,模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于復(fù)位狀態(tài);向該位寫邏輯0時,器件開始采樣輸入信號。在應(yīng)用中,低頻勵磁信號由MSP430 單片機(jī)內(nèi)部定時器產(chǎn)生,同時產(chǎn)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(chǎn)生機(jī)理及對策
在電磁流量計的工作現(xiàn)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(zhǔn)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(dāng)流體流速較小時,工頻干擾信號與有效流量信號在同一數(shù)量級,嚴(yán)重影響測量結(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)字濾波器相對模擬濾波器除具有靈活性高、參數(shù)設(shè)置方便等特點之外, 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,濾波器對工頻50 Hz及其偶次諧波有很好的抑制作用。
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