渦街流量計(jì)硬件系統(tǒng)主要包括前置放大電路、可控增益調(diào)整電路、測量通道以及監(jiān)測通道單元。各部分電路之間相互協(xié)調(diào)完成整個(gè)硬件系統(tǒng)的信號(hào)處理。
1.前置放大電路
本文采用儀表放大器INA118作為前置放大電路，以此完成壓電傳感器的輸入信號(hào)放大轉(zhuǎn)換。如圖3,INA118采用單電源供電,Ref為信號(hào)地的參考電平,為+V∞/2。
2.可控增益調(diào)整電路
可控增益調(diào)整電路由一個(gè)階高通濾波電路和一個(gè)可調(diào)增益的同相放大器組成。以此來配合測量通道,發(fā)揮儀表的寬量程優(yōu)勢，完成回路的閉環(huán)自動(dòng)增益調(diào)整。如圖4,U5為256抽頭100kQ2數(shù)字電位器,C43.,C40.,C39電容通過模擬開關(guān)選通不同的組合，形成具有隔直和分頻段濾波作用的轉(zhuǎn)折頻率可控的一階高通濾波器。同相放大器的放大倍數(shù)為1+RP0/R5。
3.測量通道
測量通道是整個(gè)硬件系統(tǒng)的最核心部分，包括數(shù)控帶通濾波器和硬件脈沖整形電路，以此完成信號(hào)的濾波處理和脈沖整形任務(wù)。數(shù)控帶通濾波器由兩個(gè)具有相同的轉(zhuǎn)折頻率的一階低通濾波器和一個(gè)二階高通濾波器組成，如圖5所示。
硬件脈沖整形電路如圖6所示,為一個(gè)施密特觸發(fā)器,對(duì)經(jīng)過濾波的信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)整形，得到包含信號(hào)頻率信息的方波信號(hào)。施密特觸發(fā)器的高低觸發(fā)閾值電壓由以下二式?jīng)Q定:
式中VH為高觸發(fā)閾值;VL為低觸發(fā)閾值;VCH為高電平電壓;VCL為低電平電壓;VREF為參考電壓。在本設(shè)計(jì)中，渦街流量計(jì)電源電壓為3.3V,單電源供電，因此VCH=3.3V,VCL=0V;信號(hào)參考點(diǎn)為0~3.3V的中心點(diǎn)1.65V,所以VREF=1.65V;施密特觸發(fā)閾值VH-VL=0.9V.
4.監(jiān)測通道
如圖7為監(jiān)測通道的濾波電路。電阻U21-P1和電容C2構(gòu)成一階低通濾波，電阻U21-P0和電容C44構(gòu)成一階高通濾波。若介質(zhì)為液體,則模擬開關(guān)U25關(guān)斷;若介質(zhì)為氣體,則選通模擬開關(guān)。此處施密特觸發(fā)閾值VH-VL=0.78V。
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