流速儀信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用.docx

1、流速儀信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用張新書(河北省水文水資源勘測(cè)局，河北石家莊050031)摘要：介紹了流速儀檢定的方法，針對(duì)流速儀信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了硬件調(diào)理信號(hào)和軟件濾波的方法，解決了流速儀信號(hào)干擾，以及測(cè)流中二次儀表只能搭配固定型號(hào)的流速儀的問題，并在實(shí)際運(yùn)用中得到了驗(yàn)證.關(guān)鍵詞：流速儀；信號(hào)采集；智能流量瀏算儀中圖分類號(hào)：P335文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言我國(guó)是一個(gè)水資源豐富的國(guó)家，在水文工作中流速儀被廣泛應(yīng)用丁河流及海流流速的測(cè)駐。流速儀在出廠前或在野外使用過一段時(shí)間后需要進(jìn)行檢測(cè)檢定，以確定流速儀轉(zhuǎn)速和水流速度之間的關(guān)系。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在流速儀檢定行業(yè)的廣泛應(yīng)用，尤其是直線明槽中轉(zhuǎn)子式流

2、速儀的檢定方法(GB/T21699-2008)及轉(zhuǎn)子式流速儀(GB/T11826-2002)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，人們對(duì)流速儀檢定及測(cè)流設(shè)備的可靠性和自動(dòng)化程度的要求越來(lái)越高。流速儀脈沖信號(hào)比較復(fù)雜，信號(hào)調(diào)理及采集工作既是流速儀檢定和使用中的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。本文提出了1種軟硬結(jié)合的流速儀信號(hào)調(diào)理方法，應(yīng)用在檢定槽改造及智能流妹測(cè)算儀中并取得較好的效果。1 流速儀檢定介紹流速儀旋漿的轉(zhuǎn)速和水流流速在臨界點(diǎn)以上滿足線性關(guān)系：v=a+bnt其中為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)率，u是水流流速，b為水力螺距，a為儀器常數(shù)。流速儀檢定的目的，簡(jiǎn)單的說就是為了確定檢定公式中的a,b值。目前a,b值是通過流速儀檢定水槽進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的，也就是靜

3、水槽檢定法。檢定程序如在橫斷而均勻一致的直線靜水槽2側(cè)鋪有軌道，導(dǎo)軌上文章編號(hào)：1674-9405(2011)01-0052-03運(yùn)行檢定車。將流速儀懸掛在檢定車上并深入水中一定位置(通常在水下0.60.8m),人工或自動(dòng)控制檢定車以各種檢定速度牽引流速儀，從而使流速儀和靜水產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行平穩(wěn)后，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令進(jìn)入轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)率測(cè)量他元，測(cè)出流速儀儀器轉(zhuǎn)率，而把檢定車相對(duì)于靜水的速度作為水流速度，進(jìn)而確定v-n關(guān)系，用方程式與圖表建立相關(guān)關(guān)系，最后根據(jù)檢定結(jié)果對(duì)流速儀各項(xiàng)性能給出定量評(píng)定。2 流速儀信號(hào)調(diào)理2.1流速儀信號(hào)特點(diǎn)流速儀信號(hào)是通過干簧管吸合或機(jī)械觸絲的通斷產(chǎn)生，在理想狀態(tài)下應(yīng)該是

4、規(guī)則的脈沖。但是流速儀信號(hào)容易受到以下因素的干擾：1)干簧管觸絲在完全吸合或脫離前的臨界狀態(tài)卜，2個(gè)觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生非良好接觸，因而在流速儀脈沖信號(hào)前沿和后沿都會(huì)有一定時(shí)間長(zhǎng)度的抖動(dòng)信號(hào)；2)流速儀檢定槽K期使用后，水會(huì)變得不純凈導(dǎo)致水的導(dǎo)電率增加，這樣就相當(dāng)于在流速儀的2個(gè)水下接線柱之間存在水電阻從而影響到流速儀輸出信號(hào)：3)流速儀檢定車上裝有大功率同步電機(jī)及變頻器，流速儀信號(hào)從接線端取出，經(jīng)導(dǎo)線與連接板連接，然后經(jīng)過電機(jī)、變頻器、接觸器等大電流交流器件的過程中容易受到電磁干擾，因此流速儀信號(hào)中常常會(huì)簾入尖收稿日期：2010-09-29作者簡(jiǎn)介：張新弓(1963-),男，河北鹿泉人，高級(jí)工程師，主

5、要從事水文儀器的開發(fā)和應(yīng)用。峰干擾。由于以上干擾，實(shí)際環(huán)境中測(cè)量到得流速儀信號(hào)與理論中的相距甚遠(yuǎn)，流速儀信號(hào)波形對(duì)比如圖1所示。如果直接把這種脈沖信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理器，將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)重復(fù)計(jì)數(shù)從而影響到流速儀檢定精度；同時(shí)脈沖信號(hào)中的尖峰干擾對(duì)計(jì)算機(jī)硬件也會(huì)產(chǎn)生致命損害。因此需要針對(duì)流速儀信號(hào)的特點(diǎn)，采用軟硬結(jié)合的方法在流速儀信號(hào)和計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)接口之間設(shè)計(jì)1套合理的信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)。圖1流速儀信號(hào)波形對(duì)比軟件濾波后的信號(hào)2.2硬件信號(hào)調(diào)理從流速儀接線柱引出的脈沖信號(hào)不能直接接入計(jì)算機(jī)處理器，需要經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換、濾波、隔離、去抖動(dòng)、放大、整形等硬件電路后才等滿足計(jì)算機(jī)的采集要求。流速儀硬件信號(hào)調(diào)理流程如圖

6、2所示。一尊一濾f隔一去_放?技丁廠波離抖大T#lIJ圖2流速儀硬件信號(hào)調(diào)理流程信號(hào)轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)把流速儀干黃管的吸合轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖形式；利用RC電路的濾波特性組成簡(jiǎn)單的衰減濾波網(wǎng)絡(luò)，對(duì)竄入接口的強(qiáng)干擾脈沖進(jìn)行衰減和抑制，并利用二極管的特性進(jìn)一步限幅，克服水的導(dǎo)電性帶來(lái)的干擾，使電路的干擾信號(hào)得到最大的抑制，同時(shí)利用電容的隔直特性把流速儀電信號(hào)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的電器分離，然后采用三極管進(jìn)行信號(hào)變換，使之適應(yīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的脈沖幅度后再進(jìn)行整形。流速儀信號(hào)經(jīng)過處理后，信號(hào)已基本滿足計(jì)算機(jī)處理的要求，并有效防止了干擾，可以接入計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)器接口。流速儀信號(hào)調(diào)理原理如圖3所示。2.3軟件濾波由流速儀型號(hào)眾多

7、，儀器狀態(tài)也各不相同，這就決定了每架流速儀的干擾及抖動(dòng)情況也各不相同，因此為了保證在采集流速儀信號(hào)過程中的準(zhǔn)確可靠性，彌補(bǔ)硬件電路的不足，使其接口適合各種流速儀，還要通過軟件濾波的方法提高信號(hào)質(zhì)量。在對(duì)流速儀信號(hào)進(jìn)行軟件濾波處理時(shí)，要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合采用不同的濾波方法。在流速儀檢定車上時(shí)，由于1次要檢測(cè)多個(gè)不同的速度，而儀器型號(hào)基本相同，就應(yīng)該根據(jù)不同的儀器類型，選擇不同的距離延遲防止抖動(dòng)，這是流速儀檢定車進(jìn)行軟件濾波的首選措施。而在實(shí)際流速測(cè)量時(shí)，由于己經(jīng)沒有了距離信號(hào)再加上1個(gè)斷面有可能使用各種不同的流速儀，因此必須靈活設(shè)置濾波措施，而能靈活設(shè)置的流速儀參數(shù)只有時(shí)間，所以在軟件的編寫過程

8、中流速儀記錄信號(hào)的儀表必須能隨時(shí)改變信號(hào)采集的延遲時(shí)間，最大限度地提高信號(hào)采集的可靠性和準(zhǔn)確性。軟件濾波的信號(hào)示意圖如圖4所示。_w圖4軟件濾波示意圖3 設(shè)計(jì)應(yīng)用情況基于以上理論，有2種應(yīng)用。1）在檢定車上進(jìn)行應(yīng)用，用圖3所示的3套電路分別對(duì)應(yīng)3架流速儀，制作成可以同時(shí)懸掛3架流速儀的檢定車檢定系統(tǒng)，硬件電路整形完畢后進(jìn)入可編程控制器及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，然后用軟件對(duì)流速儀信號(hào)進(jìn)行濾波，同時(shí)對(duì)檢定車進(jìn)行控制。經(jīng)過多年的使用，取得了較好的效果。2）研制開發(fā)了利用單片機(jī)的智能流鼠測(cè)算儀，有效解決了流速儀信號(hào)的干擾問題，及流速儀測(cè)流中二次儀表設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，經(jīng)過幾年的使用監(jiān)證，徹底解決了流速儀測(cè)流中二次儀

9、表只能搭配固定型號(hào)的流速儀的問題，該智能流量測(cè)算儀能適應(yīng)現(xiàn)在使用中的大部分流速儀型號(hào)。最大限度地提商信號(hào)采集的可靠性和準(zhǔn)確性。解決了流速儀信號(hào)干擾，以及測(cè)流中二次儀表只能搭配固定型號(hào)的流速儀的問題，并在實(shí)際運(yùn)用中得到r驗(yàn)證。4結(jié)語(yǔ)參考文獻(xiàn):針對(duì)流速儀信號(hào)的特點(diǎn)，采用了轉(zhuǎn)換、濾波、隔離、去抖動(dòng)、放大、整形等硬件電路調(diào)理信號(hào)以適應(yīng)計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算機(jī)軟件編寫過程中流速儀記錄信號(hào)的儀表能隨時(shí)改變信號(hào)采集時(shí)的延退時(shí)間，直線明槽中轉(zhuǎn)子式流速儀的檢定方法.GB121699-2008S.北京：中華人民共和國(guó)水利部，1995.1 梁以珍，陳志軍，南新元.流速儀信號(hào)計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.自動(dòng)化儀表，2002,23

10、(9):38-41.DesignandApplicationofSignalAcquisitionSystemforCurrentMeterZHANGXinshu(HebeiProvincialSurveyBureauofHydrologyandWaterResources,Shijiazhuang050031,China)AbstractTheauthordescribescalibrationmethodsfbrcurrentmeter.Accordingtofeaturesofcurrentmetersignal,methodsforhardwaresignalconditioninga

11、ndsoftwarefilteringaregiven.Thusissuesofsignalinterferencetocurrentmeterandthatsecondaryinstrumentonlycanbeconnectedwithonetypecurrentmeterduringdischargemeasurementaresolved.Thesemethodshavealreadybeenverifiedinpracticalapplication.Keywords:currentmeter;signalacquisition;smartdischargecounter(上接第43

12、頁(yè))ApplicationofADCPatTidalGaugingStationOUFanglan(QinzhouBranchofSurveyBureauofHydrology&WaterResourcesofGuangxiZhuangAutonomousRegion,Qinzhou535000.China)Abstract:Ebbandflowoftidescausechangesinthenaturalflowregimeoftheriverwherethegaugingstationsarclocatedat,whichinturngivesagreatimpactondischarge

13、measurement.Becausedischargemeasurementbytraditionalcurrentmeterhavedisadvantagesofmoremeasurementtimesandbigerror,ADCPisusedfbrvelocityanddischargemeasurement.ThepaperdiscussesthefeasibilityoftidedischargemeasurementbyADCPfixed-pointmeasurements.Firstly,thepapermakesacomparisonofadvantagesanddisadvantagesbetweentraditionalcurrentmeterandADCP.Secondly,itdescribesmeasurementprinciple,installationandapplicationofADCP.Finally,itcarriesoutananalysisoncomparativemeasurementforvelocityanddischarge,andcali