CN203241084U - 基于专用集成电路的涡街流量转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种体积小、信噪比高、抗震性好、可实现对小信号精确测量的基于专用集成电路的涡街流量转换器，包括压电传感器、中央处理器和分别与中央处理器连接的显示单元、数据存储单元、输入单元、输出单元和通讯单元，其特征在于还包括检测芯片，所述检测芯片分别与所述压电传感器和中央处理器连接，所述检测芯片用于将压电传感器输出的电荷信号放大、整形、滤波后，输出方波信号，其尺寸小于1cm²。通过检测芯片内集成的自动增益电压放大电路，实现电压的自动增益，大大简化原有通过拨码板操作的过程，排除人为设置因素带来的测量不准确性，另外可进一步通中央处理器对增益进行设置，提供更多操作选择。

Description

基于专用集成电路的涡街流量转换器

技术领域

本实用新型属于流量测量技术领域，尤其涉及一种涡街流量转换器。 

背景技术

涡街流量计利用流体振动原理测量流量，当流体绕过其内部阻流体时，在后端形成有规则的卡门旋涡列，一定雷诺数范围内，旋涡列的频率与流速成正比。压电式涡街由于工艺简单、成本低廉，是目前现场应用最广泛的类型。 

流量信号经压电检测元件检测转换成电信号，经过电荷放大、电压放大、滤波整形后传输至流量计的MCU进行信号的计算与处理。由于流量计测量的介质和口径不同，导致了不同流量计的流量范围有很大差异，最终导致了压电传感器转化出的初始流量信号在信号范围和信号强度上有很大的差异。传统涡街放大电路通过拨码开关来调整测量电路的测量范围以及灵敏度。此种方式一是导致转换器内部体积大，不易小型化；二是灵敏度和放大倍数都需要手动调节，操作复杂，需要操作者具有一定的使用经验。同时传统涡街流量转换器在信号的处理上，将涡街的差分信号使用单端运放进行信号处理，无法有效的抑制共模噪声，导致流量计信噪比低且抗震性差。另外，由于传统涡街流量转换器的放大电路普遍采用通用运放搭建电路，导致整体放大电路的输出阻抗不高，无法实现小信号的精确测量。 

针对此类问题，日本Yokogawa公司也设计了用于频谱分析和带通滤波的专用集成电路，专利号为US6480812B1。但这种方式必须基于CPU算法，设计复杂，成本很高，不适应在国内进行推广使用。中国专利99101209.7也公开了一种涡街流量计数字信号处理***，由DPS芯片和逻辑控制电路部分、前向输入通道部分、4-20mA变送器输出部分、LED显示部分、键盘输入部分、串行通信接口部分、保护电路部分以及相应软件组成：其特征在于DPS芯片和逻辑控制电路部分与***中的其他部分相连，构成对涡街流量计的传感器的输出信号进行数字信号处理的***。该***具有窄带滤波功能，提高了仪表的抗干扰性，实现小流量测量、扩大量程比，但是效果不是很理想。 

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种体积小、信噪比高、抗震性好、可实现对小信号精确测量的基于专用集成电路的涡街流量转换器，包括压电传感器、中央处理器、显示单元、数据存储单元、输入单元、输出单元和通讯单元，所述中央处理器分别与所述显示单元、数据存储单元、输入单元、输出单元和通讯单元连接，其特征在于还包括检测芯片，所述检测芯片分别与所述压电传感器和中央处理器连接，所述检测芯片用于将压电传感器输出的电荷信号放大、整形、滤波后，输出方波信号，其尺寸小于1cm²。 

所述检测芯片包括依次连接的全差分电荷放大低通滤波电路、自动增益电压放大电路、可编程低通滤波电路和比较电路。 

本实用新型的有益效果为：添加了专门用于处理电荷信号的检测芯片，检测芯片采用SQPF-48 0.5mm尺寸封装，整体面积小于1cm²，与传统拨码板相比，大大缩小了仪表尺寸，有利于装配和仪表小型化；检测芯片的使用，使得压电传感器出来的微小电荷信号都是在检测芯片内部进行放大处理，相比传统的PCB板级信号处理，其抗干扰性大大提高，同时极大的减少了PCB板级***器件，降低了电路板在复杂工业现场环境下，对各种电磁噪声的耦合，提高了电路整体的信噪比，扩展了涡街流量仪表能够检测的流量下限；检测芯片对压电传感器信号的智能处理，降低了后期对不同口径涡街流量表的调试； 检测芯片使用集成电路，可将传统测量电路MΩ级别的输出阻抗提升至GΩ，大大提高了电荷测量的灵敏度，提升了测量下限精度；在检测芯片中使用全差分电荷放大低通滤波电路，使用全差分结构进行电路设计，完全取代了原有的单端输入，有效抑制共模干扰，降低了仪表的测量下限，大大的扩展了仪表的量程比；通过检测芯片内集成的自动增益电压放大电路，实现电压的自动增益，大大简化原有通过拨码板操作的过程，排除人为设置因素带来的测量不准确性，另外可进一步通中央处理器对增益进行设置，提供更多操作选择。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为本实用新型的检测芯片原理图；

图3为本实用新型的检测芯片的封装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明： 

图中，1、压电传感器；2、中央处理器；3、显示单元；4、数据存储单元；5、输入单元；6、输出单元；7、通讯单元；8、全差分电荷放大低通滤波电路；9、自动增益电压放大电路；10、可编程低通滤波电路；11、比较电路。

如图1、图2、图3所示，中央处理器2分别与显示单元3、数据存储单元4、输入单元5、输出单元6和通讯单元7连接，检测芯片分别与压电传感器1和中央处理器2连接，检测芯片用于将压电传感器1输出的电荷信号放大、整形、滤波后，输出方波信号，其尺寸小于1cm²，检测芯片包括依次连接的全差分电荷放大低通滤波电路8、自动增益电压放大电路9、可编程低通滤波电路10和比较电路11。 

使用时，压电传感器1检测到的差分信号经过片外电容，输入检测芯片，检测芯片第一级为全差分电荷放大低通滤波电路8，对传入的信号进行电荷放大、低通滤波和减小低频噪音的处理，位于第二级的自动增益电压放大电路9，把毫伏级的信号放大成伏一级的信号，便于后面的进一步处理，经过第二级后，就放大出一对比较规整的差分信号，第三级是可编程低通滤波电路10，进一步对信号进行滤波和整形，信号经过第四级的比较电路11后，变为方波信号，向中央处理器2输出，中央处理器2利用信号进行计算。 

以上通过实施例对本实用新型的进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。 

Claims (2)

1.一种基于专用集成电路的涡街流量转换器，包括压电传感器（1）、中央处理器（2）、显示单元（3）、数据存储单元（4）、输入单元（5）、输出单元（6）和通讯单元（7），所述中央处理器（2）分别与所述显示单元（3）、数据存储单元（4）、输入单元（5）、输出单元（6）和通讯单元（7）连接，其特征在于还包括检测芯片，所述检测芯片分别与所述压电传感器（1）和中央处理器（2）连接，所述检测芯片用于将压电传感器（1）输出的电荷信号放大、整形、滤波后，输出方波信号，其尺寸小于1cm²。

2.如权利要求1所述的一种基于专用集成电路的涡街流量转换器，其特征在于所述检测芯片包括依次连接的全差分电荷放大低通滤波电路（8）、自动增益电压放大电路（9）、可编程低通滤波电路（10）和比较电路（11）。

Images