两种电磁传感器信号处理系统硬件研制

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电磁传感器是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器,灵敏度高、测量范围大,同时不需要特别维护,在自动化系统中应用广泛。本文以电磁流量传感器和平面电磁传感器为研究对象,研究测量系统硬件设计方法。电磁流量传感器因其不受流体密度、温度、压力等因素影响,且管道内无阻流及活动部件等优点,广泛应用于工业计量场合。电磁流量计输出信号幅值微弱,在实际工况下易受周围环境的电磁干扰,信噪比低而难以拾取。针对电磁流量传感器输出信号特征,提出高精度、低噪声的信号调理与转换电路设计方案,采用前级仪用放大电路实现阻抗变换和幅值放大;根据流量信号频率范围设计两级四阶巴特沃斯抗混叠低通滤波器,滤除高频噪声信号;基于24位Σ-Δ型ADC设计高精度采样电路。提出电磁流量计电导率测量方案,可与流量测量同步进行而互不影响,采用基于能量衰减的数字信号处理方法,实现管道内被测流体的电导率测量和空管侦测功能。最后对研制的电磁流量计变送器进行水流量标定实验和电导率测量实验,实验结果表明,研制的电磁流量计在流速为0.5m/s~5.0 m/s的范围内,相对误差最大为0.136%,重复性最大为0.044%,系统精度等级优于0.3级;电导率测量系统在电导率为100μS/cm~3000μS/cm的范围内满足3%的测量精度。平面电磁传感器具有灵敏度高、测量范围大、可快速扫描检测等特点,多应用于医疗、生态环境、航空航天等领域。针对平面电磁无损检测系统对多通道高速信号同时采集、数据实时处理的要求,设计基于FPGA+DSP的双核处理器方案搭建数字信号处理系统。DSP作为主控制器,负责控制系统的工作状态和数据通信,FPGA作为从控制器,主要实现时序的产生和控制、算法部分的处理等。设计基于直接数字频率合成技术的高频正弦激励产生方案,具有精度高、稳定性好、频率可调的特点。设计高精度、低噪声的高速信号调理和采集电路,包括全差分放大电路、无源抗混叠滤波电路和高速数据采集与转换电路等,能够实时实现多通道信号的数据采集与转换。
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