专利名称：一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于质量流量的测量技术领域，具体涉及一种用于科氏质量流量计的副振 动反馈控制装置。
背景技术：
科氏质量流量计(Corioils Mass Flowmeter，CMF)是一种工作于谐振状态的直接 质量流量测量仪表，可以同时精确地测量质量流量和流体密度，被广泛应用于工业领域。经 过二十多年的应用和改进，科氏质量流量计已经发展出了多个系列，如图1所示，图中(a) 为U形管、(b)为单双环管、(c)为S形管、(d)为OMG形管、(e)为B形管、(f)为双直管， 参见参考文献[1]纪爱敏，李川奇，沈连官，尹协振.科里奥利质量流量计研究现状及发展 趋势[J].仪表技术与传感器，2001，(6) :1。最为常见的双U型管科氏质量流量计，如图2所示，流体流入科氏质量流量计11 后被分流器分到两个对称的U型测量管3中，测量管3上设置有激振器4，用来为测量管3 的振动提供激振力，在激振器4的激励下使测量管3在某一频率下(一般是测量管3的一 阶固有频率)做谐振运动，这个振动被称为主振动。主振动会让测量管3具有正弦变化的 角速度，且与流体流动方向成一定角度，使得流体受迫与测量管3 —起振动，同时也会受到 科氏力的作用。科氏力方向与流体方向相关，因此U型测量管3的两侧受到的科氏力方向 相反，这就产生了一个作用在测量管3上的力矩，称为科氏力矩或副振动扭转力矩。由于科 氏力的大小、方向也与测量管3振动速度有关，因此科氏力矩也是随主振动成正弦变化振 动的力矩，这个力矩所造成的振动被称为副振动或科氏扭转振动。副振动幅值与流过的质 量流量成正比。参见参考文献[2]樊尚春，刘广玉.新型传感技术及应用[M].北京中国 电力出版社，2005。通常测量副振动的方法是在测量管3上安装两个速度传感器，即第一速度传感器 1、第二速度传感器2，用来敏感测量管3的振动状态。当测量管3中有流体流过时，副振动 与主振动的叠加会使测量点处的振动相位提前或滞后，质量流量越大，相位改变的越大，且 在一定范围内是近似线性的。通过比较两个测量点的相位差，就可以得到质量流量。然而由于科氏质量流量计11工作原理上的原因，导致科氏质量流量计11在流量 较大，即科氏扭转幅值较大时，输出相位差与流量大小间的线性关系越来越弱，制约了它的 量程；而且较强烈的科氏扭转振动也会产生结构耦合振动，对科氏质量流量计11的测量产 生影响，降低了科氏质量流量计11的使用寿命。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制 装置，该装置能够抵消科氏质量流量计的副振动扭转力矩，也对减小科氏质量流量计的耦 合振动有积极意义。本发明提供的用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，包括一个科氏质量流量计，科氏质量流量计自带两个速度传感器和一个激励器，在所述科氏流量计上安装有两 个线圈和两个柱型磁钢；所述两个线圈分别固定在两个速度传感器测量点上，线圈和速度 传感器之间连接有科氏扭转控制电路。两个线圈接收科氏扭转控制电路发送来的控制力矩 线圈的电流信号，平衡科氏质量流量计的副振动扭转力矩；柱型磁钢一端置于线圈骨架的 空心内，另一端连接在科氏质量流量计的壳体上，或者连接在测量管上。所述科氏扭转控制电路包括输入信号调理电路、输出信号调理电路、A/D转换电 路、D/A转换电路和单片机；其中，输入信号调理电路与两个速度传感器相连，输出信号调 理电路与两个线圈相连； 输入信号调理电路用来对两路速度传感器输出振动速度电压信号进行模拟滤波、 放大与转换，并将处理后的两路模拟振动速度电压信号发送给A/D转换电路；A/D转换电路将两路处理后的两路模拟振动速度电压信号转换成两路振动速度数 字信号，发送给单片机；单片机接收到经A/D转换过的两路振动速度的数字信号，对该信号进行处理，最 终得到数字形式的力矩控制信号，将此信号发送给D/A转换电路；D/A转换电路将收到的数字形式的力矩控制信号进行数模转换处理，并将转换后 的模拟形式的力矩控制信号发送给输出信号调理电路；输出信号调理电路将收到的模拟形式的力矩控制信号进行模拟滤波、放大与转换 并将其反向，得到的反向信号与未反向的信号就为一对线圈的电流信号，将反向的电流信 号发送给其中一个线圈，将未反向的信号发送给另一个线圈，使得两个线圈产生磁�。街� 型磁钢在磁场的作用下沿柱型磁钢的轴线与线圈的轴线方向产生与科氏质量流量计的副 振动扭转力矩相反的力矩，由此能够抵消科氏质量流量计的副振动扭转力矩，并且，通过测 量控制线圈的电流信号的幅值，就可实时地得到科氏质量流量计的流量信息。由控制线圈 的电流信号的幅值与控制力矩的线性关系，以及副振动扭转力矩幅值和质量流量大小的线 性关系可知，理论上在任意范围内，线圈的电流信号的幅值都是随质量流量大小线性变化 的，这就等于将科氏质量流量计的量程扩展至无限大。同时，抵消掉副振动也对减小科氏质 量流量计的耦合振动有积极意义。本发明的优点在于1、本发明提供的用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，通过检测控制信号 幅值就可获得流量大�。�2、本发明提供的用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，可大幅扩展科氏质
量流量计量程；3、本发明提供的用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，可减小科氏质量流 量计耦合振动。
图1为现有技术中几种科氏质量流量计外形结构意图；图2为传统双U型管科氏质量流量计结构示意图；图3为本发明副振动反馈控制装置在单直管科氏质量流量计上连接示意图；图4为本发明副振动反馈控制装置应用于双直管科氏质量流量计上连接示意图5为本发明副振动反馈控制装置应用于单弯管科氏质量流量计上连接示意图；图6为本发明副振动反馈控制装置在双U型管科氏质量流量计上连接示意图；图7为本发明副振动反馈控制装置中速度传感器、线圈、柱型磁钢、固定梁在双U 型管科氏质量流量计上连接示意图；
图8为本发明副振动反馈控制装置应用于双U型管科氏质量流量计上线圈、柱型 磁钢、固定梁连接示意图；图9为单片机对经A/D转换电路转换后的两路振动速度的数字信号的处理过程流 程图；图10为相位差曲线图；图11为本发明基信号合成部分流程图；图12为频率相位关系曲线图；图13为本发明基于FIFO寄存器的相位控制方法示意图；图14为本发明FIFO控制流程图。图中1-第一速度传感器 2-第二速度传感器 3-测量管4-激振器5-第一线圈6-第二线圈7-柱型磁钢A8-柱型磁钢B9_固定梁10-科氏扭转控制电路 11-科氏质量流量计 12-A/D转换电路13-输入信号调理电路 14-输出信号调理电路15-单片机16-D/A转换电路17-壳体18-力传导杆
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。本发明一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，包括一个科氏扭转控制 电路10以及安装在科氏质量流量计11上的第一线圈5、第二线圈6、柱型磁钢A7、柱型磁钢 B8。本发明适用于直管科氏质量流量计与弯管科氏质量流量计。如图3所示，为本发明副振动反馈控制装置在单直管科氏质量流量计上的安装实 例，可见第一速度传感器1与第二速度传感器2安装在测量管3的两端，激振器4位于测量 管3中部，并将第一线圈5、第二线圈6分别固定在测量管3正对第一速度传感器1与第二 速度传感器2的一侧，使第一线圈5与第二线圈6位于第一速度传感器1与第二速度传感器 2的测量点上，且第一线圈5与第二线圈6的轴线应与激振器4产生的振动方向平行。柱型 磁钢A7与柱型磁钢B8同极的一端分别置于第一线圈5与第二线圈6骨架的空心内，另一 端固定于科氏质量流量计11的壳体17上，柱型磁钢A7与柱型磁钢B8的轴线分别与第一 线圈5、第二线圈6的轴线重合，且柱型磁钢A7与柱型磁钢B8的穿入端与测量管3间留有 空隙，使柱型磁钢A7、柱型磁钢B8在第一线圈5、第二线圈6骨架空心内自由地沿柱型磁钢 A7与柱型磁钢B8的轴线以及第一线圈5、第二线圈6的轴线移动。科氏扭转控制电路10 连接在第一线圈5和第二线圈6的输入端与第一速度传感器1与第二速度传感器2的输出 端之间，通过上述连接，由科氏扭转控制电路10对第一线圈5、第二线圈6输入控制电流信 号，产生的控制力矩就可平衡科氏质量流量计11的副振动扭转力矩。
如图4所示，为本发明副振动反馈控制装置在双直管科氏质量流量计上的安装实 例，双直管科氏质量流量计11具有两个相互平行的测量管3，激振器4与两测量管3中部连 接，激振器4两侧的每个测量管3上安装有第一速度传感器1和第二速度传感器2，第一速 度传感器1与第二速度传感器2的测量点上安装有第一线圈5与第二线圈6，且第一线圈5 与第二线圈6的轴线与激振器4产生的振动方向平行。柱型磁钢A7与柱型磁钢B8同极的 一端分别置于第一线圈5与第二线圈6骨架的空心内，另一端分别固定于与第一线圈5、第 二线圈6相对应的另一个测量管3上，所述的柱型磁钢A7和柱型磁钢B8也可以通过力传 导杆固定于另一个测量管3上。柱型磁钢A7与柱型磁钢B8的轴线分别与第一线圈5、第二 线圈6的轴线重合，且柱型磁钢A7与柱型磁钢B8的穿入端与测量管3间留有空隙，使柱型 磁钢A7、柱型磁钢B8在第一线圈5、第二线圈6骨架空心内自由地沿柱型磁钢A7与柱型磁 钢B8的轴线以及第一 线圈5、第二线圈6的轴线移动。科氏扭转控制电路10连接在第一线 圈5和第二线圈6的输入端与第一速度传感器1与第二速度传感器2的输出端之间。通过 上述连接，由科氏扭转控制电路10对第一线圈5、第二线圈6通入控制电流信号，产生的控 制力矩就可平衡科氏质量流量计11的副振动扭转力矩。如图5所示，为本发明副振动反馈控制装置在单弯管科氏质量流量计上的安装实 例，由于测量管3为弯形管，因此在与测量管3水平轴对称的两段直管段之间连接有一固定 梁9，用来平衡科氏质量流量计11的副振动扭转力矩。第一速度传感器1与第二速度传感 器2分别安装在固定梁9的两端所在的测量管3上，激振器4位于测量管3弯管处中部，第 一线圈5、第二线圈6分别位于第一速度传感器1、第二速度传感器2的测量点上，且第一线 圈5与第二线圈6的轴线与激振器4产生的振动方向平行。柱型磁钢A7与柱型磁钢B8同 极的一端分别置于第一线圈5与第二线圈6骨架的空心内，另一端固定于科氏质量流量计 11的壳体17上，柱型磁钢A7与柱型磁钢B8的轴线分别与第一线圈5、第二线圈6的轴线 重合，且柱型磁钢A7与柱型磁钢B8的穿入端与固定梁9间留有空隙，使柱型磁钢A7、柱型 磁钢B8在第一线圈5、第二线圈6骨架空心内自由地沿柱型磁钢A7与柱型磁钢B8的轴线 以及第一线圈5、第二线圈6的轴线移动。科氏扭转控制电路10连接在第一线圈5和第二 线圈6的输入端与第一速度传感器1与第二速度传感器2的输出端之间。通过上述连接， 由科氏扭转控制电路10对第一线圈5、第二线圈6通入合适的控制电流，产生的控制力矩就 可平衡科氏质量流量计11的副振动扭转力矩。如图6、图7、图8所示为双U型管科氏质量流量计的安装实例，两U型测量管3前 端弯管处固定连接有激振器4，两U型测量管3共用一个激振器4。在每个U型测量管3的 直管段之间连接有一固定梁9，本实施例中固定梁9的两端分别固定在两个U型测量管3的 弯管与直管的连接处。如图7所示，在两固定梁9互为相反的一端上分别固定安装有第一 线圈5、第二线圈6，使第一线圈5、第二线圈6分别位于第一速度传感器1、第二速度传感器 2的测量点上，且第一线圈5与第二线圈6的轴线与激振器4产生的振动方向平行。柱型磁 钢A7与柱型磁钢B8同极的一端分别置于第一线圈5与第二线圈6骨架的空心内，另一端 分别固定于与第一线圈5、第二线圈6相对应的固定梁9上，若两测量管3间距过大，可通 过一力传导杆18来连接柱型磁钢B8(或柱型磁钢A7)与固定梁9，如图8所示。柱型磁钢 A7与柱型磁钢B8的轴线分别与第一线圈5、第二线圈6的轴线重合，且柱型磁钢A7与柱型 磁钢B8的穿入端与固定梁9间留有空隙，使柱型磁钢A7、柱型磁钢B8在第一线圈5、第二线圈6骨架空心内自由地沿柱型磁钢A7与柱型磁钢B8的轴线以及第一线圈5、第二线圈6 的轴线移动。科氏扭转控制电路10连接在第一线圈5和第二线圈6的输入端与第一速度 传感器1与第二速度传感器2的输出端之间，通过上述连接，由科氏扭转控制电路10对第 一线圈5、第二线圈6上通入合适的控制电流，产生的控制力矩就可平衡科氏质量流量计11 的副振动扭转力矩。所述科氏扭转控制电路10，用来获取两个速度传感器的电压信号并产生通往第一 线圈5与第二线圈6的电流信号。如图6所示，科氏扭转控制电路10包括输入信号调理电 路13、输出信号调理电路14、A/D转换电路12、D/A转换电路16、单片机15。其中，输入信 号调理电路13通过导线与第一速度传感器1、第二速度传感器2的输出端相连，输出信号调 理电路14通过导线与第一线圈5与第二线圈6的输入端相连。输入信号调理电路13用来对第一速度传感器1、第二速度传感器2输出振动速度 电压信号进行模拟滤波、放大与转换，并将调理后的两路模拟振动速度电压信号发送给A/D 转换电路12。A/D转换电路12将处理后的两路模拟振动速度电压信号转换成两路振动速度数 字信号，发送给单片机15。单片机15接收到经A/D转换电路12转换过的两路振动速度数字信号，对该数字 信号进行处理，最终得到数字形式的力矩控制信号，将此信号发送给D/A转换电路16。D/A转换电路16将收到的数字形式的力矩控制信号进行数模转换处理，并将转换 后的模拟形式的力矩控制信号发送给输出信号调理电路14。输出信号调理电路14将收到的模拟形式的力矩控制信号进行滤波放大处理并将 其反向，得到的反向信号与未反向的信号就为一对控制第一线圈5与第二线圈6的电流信 号，将反向的电流信号发送给其中第一线圈5，将未反向的电流信号发送给第二线圈6，使 得第一线圈5与第二线圈6产生磁场，柱型磁钢A7与柱型磁钢B8在磁场的作用下沿柱型 磁钢A7、柱型磁钢B8的轴线与第一线圈5、第二线圈6的轴线方向产生与科氏质量流量计 11的副振动扭转力矩相反的力矩，由此能够抵消科氏质量流量计11的副振动扭转力矩，并 且，通过测量第一线圈5、第二线圈6的电流信号的幅值，就可实时地得到科氏质量流量计 11的流量信息。由第一线圈5、第二线圈6的电流信号的幅值与控制力矩的线性关系，以及 副振动扭转力矩幅值和质量流量大小的线性关系可知，理论上在任意范围内，第一线圈5、 第二线圈6的电流信号的幅值都是随质量流量大小线性变化的，这就等于将科氏质量流量 计11的量程扩展至无限大。同时，抵消掉副振动也对减小科氏质量流量计11的耦合振动 有积极意义。所述单片机15对经A/D转换电路12转换后的两路振动速度数字信号的处理过 程，如图9所示，分为七个步骤步骤1 对通过A/D转换电路12转换后的两路振动速度数字信号的数据进行缓 存；步骤2 相位差解算；相位差的解算是对步骤1中缓存的两路振动速度数字信号的数据进行曲线拟合， 本发明中相位差解算采用过零检测法。如图10所示，图中“X”表示为一路振动速度数字 信号的数据曲线，“Δ”表示为另一路振动速度数字信号的数据曲线，在这两路振动速度数字信号的数据过零点附近进行曲线拟合，求出拟合后的曲线与横轴α轴)的交点，作为振 动速度数字信号的过零点，从而得到两路振动速度数字信号的相位时间差Δ ΒΒ，η;(η = 0， 1,2,…)，其中，η为时刻序号。该相位时间差的大小与副振动力矩的控制误差成正比。步骤3 合成基信号SUM ； 基信号的合成如图11所示，Sl与S2为步骤1中存储的两路振动速度数字信号， 当缓存中存有足够多的数据后，便将其调出进行FFT运算得出两路振动速度数字信号的幅 值Al和A2以及信号的基频Fre。由于第一速度传感器1与第二速度传感器2安装位置是 对称的，副振动在这两点处有180°的相差，因此引入权数b = A1/A2，将两路振动速度数字 信号Si、S2进行加权求和，权数b的作用是保证两路振动速度数字信号在求和时具有相同 的幅值。加权求和后得到的信号SUM称为基信号，基信号SUM受到副振动的影响很�。矣� Sl和S2具有相同的频率，即科氏质量流量计11的驱动频率，基信号SUM反映的是测量管3 主动振动的振动速度。步骤4 控制增益Gn+1的计算；令:G0= 0，Gn+1 = Gn+AtBB’n/F(n = 0，1，2，…)；其中，F代表的是由控制增益Gn到两路振动速度信号的相位时间差Δ tBB，n间的增 益系数；步骤5 合成输出控制信号序列Sc，；由于科氏质量流量计11采用速度传感器来感受测量管3的振动，基信号SUM表征 的是测量管3某一点振动的实时速度，而该点的速度又与测量管3的振动角速度ω成正 比，因此可将基信号SUM信号乘以控制增益Gn+1后，得到了作为输出控制信号序列的Sc，。步骤6 计算本发明副振动反馈控制装置造成的延迟相位总和φ ；在进行A/D转换、D/A转换、数字滤波、信号检测和幅值控制等过程中都会引入延 时，这些延时无法精确计算，但却是固定的，将这些延时的总和设为Τ，对不同的基频Fre， 延时T引入的相位差φ 2为:Φ 2=360ο · T · Fre。于是，由于输入信号调理电路13与输出 信号调理电路14会引入固定的相差φ ρ由此本发明副振动反馈控制装置造成的延迟相位 总和为φ=φ ^cp2,延迟相位总和φ与基频Fre的关系如图12所示，该曲线可由实验得到。步骤7 加入延迟相位φ c，获得相位控制信号Sc。为了不使控制力矩因装置的延迟相位总和φ而出现控制偏差，将Sc’依次读进 FIFO，在FIFO加入延迟相位Cpc，使φ c+cp=n · 360°，其中n = 0，l，2，…，为了使装置有 较好的实时性，一般取φ +φ c=360° ,即应使φ c=360° -φ。FIFO在加入延迟相位φ c后 输出控制信号序列Sc。控制信号序列Sc即作为反馈回路的最终控制信号，此控制信号与副 振动扭转力矩相位差为周期的整数倍，能够精确地抵消副振动力矩。步骤4中所述的增益系数F是通过下述方法得到的当流量计充满流体但没有流速时，使流量计处于稳定的谐振工作状态，设定控制 增益Gk(k= 1,2,3,…)为一非零值，k为设定次数，进行步骤5 步骤7，使在该控制增益 Gk下产生的信号作用于第一线圈5、第二线圈6，通过步骤1、2得到并记录产生的两路振动 速度数字信号的相位时间差AtBB，k。其中，利用最小二乘拟合Gk-AtBB，k，从而得到其斜率 为F。步骤7中所述的FIFO (First Input First Output)是一种先进先出的数据缓存器，它没有外部地址线，只能顺序写入数据，顺序读出数据，其数据地址由内部读指针和写 指针自加1完成。如图13所示，在本发明副振动反馈控制装置中，FIFO有四个输入信号与 两个输出信号，分别是fifo_in =FIFO缓存器的数据输入，输入信号为Sc，。fifo_clock :FIF0缓存器输入时钟信号，只有在时钟信号的上升沿时FIFO才会进 行数据写入或 读出操作。rd_req:输入的读请求信号，有效时FIFO会在时钟信号上升沿到来时读出一个数 据，同时将读指针自增1。wr_req 输入的写请求信号，有效时FIFO会在时钟信号上升沿到来时写入一个数 据，同时将写指针自增1。fifo_out =FIFO缓存器数据输出，输出信号为Sc。fifo_usedw 输出信号，表明在FIFO目前存有多少数据。在FIFO中加入的延迟的相位φ c可由fifo_usedw表征为
φ c=360° . iifo_usedw/Fc · Fre式中Fc为单片机时钟频率。设N为缓存器的目标值，即当FIFO中存储到N个数据时(fifo_uSedw = N)，可使 输出信号Sc满足cpc=360° -φ，使副振动反馈控制装置有较好的实时性。由此
360° -φ =360。· N/Fc · Fre得到
Ν=(1-φ/360°) · Fe/Fre通过实时比较N与f ifo_usedw数据，来控制re_req信号与wr_req信号的开与关， 从而控制FIFO中内存储数据个数。如图14所示，读请求信号re_req与写请求信号wr_req的控制过程为1、首先初始化时设定FIFO为不写入与不读出状态，令re_req = 0，wr_req = 0 ；2、随后比较fifo_usedw与N的值；当fif0_usedw = N时，说明对Sc，序列的延迟相位φ c正好为360° -φ ,这时将 FIFO的读写开关全都打开，re_req = 1，wr_req = 1，让FIFO在一个时钟周期内读一个数 据同时写一个数据，就可以保持fif0_usedW与N相等，即对控制信号序列Sc，的延迟相位
— φ的理想状态。若fifo_usedw < N，则说明FIFO加入的延迟相位φ c小于360° — φ ,这时应将 FIFO设为只写入不读出的状态，re_req = 1，wr_req = 0，让fifo_usedw增大直到fifo_ usedw = N 为止。若fifo_usedw > N，则说明FIFO加入的延迟相位φ c大于360° — φ，这时应将 FIFO设为不写入只读出的状态，re_req = 0，wr_req = 1，让fifo_usedw减小直到fifo_ usedw = N 为止。
权利要求
一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，包括一个科氏质量流量计，科氏质量流量计自带两个速度传感器，其特征在于在所述的科氏质量流量计上安装有两个线圈和两个柱型磁钢，所述的两个线圈分别固定在两个速度传感器测量点上，线圈和速度传感器之间连接有科氏扭转控制电路，两个线圈接收科氏扭转控制电路发送来的控制线圈力矩的电流信号，平衡科氏质量流量计的副振动扭转力矩；所述的柱型磁钢一端置于线圈骨架的空心内，另一端连接在科氏质量流量计的壳体上，或连接在测量管上；所述科氏扭转控制电路包括输入信号调理电路、输出信号调理电路、A/D转换电路、D/A转换电路和单片机；其中，输入信号调理电路与两个速度传感器输出端相连，输出信号调理电路与两个线圈输入端相连；输入信号调理电路用来对两路速度传感器输出的振动速度电压信号进行模拟滤波、放大与转换，并将处理后的两路模拟振动速度电压信号发送给A/D转换电路；A/D转换电路将处理后的两路模拟振动速度电压信号转换成两路振动速度数字信号，发送给单片机；单片机接收到经A/D转换过的两路振动速度数字信号，对该振动速度数字信号进行处理，最终得到数字形式的力矩控制信号，将此力矩控制信号发送给D/A转换电路；D/A转换电路将收到的数字形式的力矩控制信号进行数模转换处理，并将转换后的模拟形式的力矩控制信号发送给输出信号调理电路；输出信号调理电路将收到的模拟形式的力矩控制信号进行模拟滤波、放大与转换处理并将其反向，得到的反向信号与未反向信号就为一对控制力矩线圈的电流信号，将反向信号发送给其中一个线圈，将未反向信号发送给另一个线圈。
2.如权利要求1所述一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，其特征在于 所述的柱型磁钢的另一端的固定方式分三种情况第一种，对于单直管科氏质量流量计与单弯管科氏质量流量计，所述柱型磁钢另一端 固定于科氏流量计的壳体上；第二种，对于双直管科氏质量流量计，柱型磁钢另一端直接固定在与线圈相对应的另 一个测量管上或通过力传导杆固定在与线圈相对应的另一个测量管上；第三种，对于双弯管科氏质量流量计，柱型磁钢另一端直接固定在固定梁上或通过力 传导杆固定在固定梁上；所述的固定梁的两端分别连接在双弯管科氏质量流量计上线圈与 速度传感器相对应的两段测量管上。
3.如权利要求1所述一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，其特征在于 线圈的轴线与激振器产生的振动方向平行；柱型磁钢的轴线与线圈的轴线重合，且柱型磁 钢的穿入端与测量管间留有空隙，使柱型磁钢在线圈骨架空心内自由地沿柱型磁钢的轴线 与线圈的轴线移动。
4.如权利要求1所述一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，其特征在于 所述两个柱型磁钢置于线圈骨架的空心内一端的极性相同。
5.如权利要求1所述一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，其特征在于 所述单片机对经A/D转换电路转换后的两路振动速度的数字信号的处理过程通过七个步 骤来完成步骤1 单片机将A/D转换电路转换后得到的两路振动速度数字信号进行缓存；步骤2:解算相位时间差AtBB，n;相位时间差的解算是对步骤1中存储的两路振动速度数字信号S1、S2的数据进行曲线 拟合，得到两路振动速度数字信号的相位时间差AtBB，n，其中n = 0,1,2,…； 步骤3 合成基信号SUM ；将步骤1中存储的两路振动速度数字信号SI、S2，调出进行FFT运算得出两路振动速 度数字信号的幅值A1和A2以及信号的基频Fre ；引入权数b = A1/A2，将两路振动速度数 字信号S1、S2的幅值进行加权求和，加权求和后得到的信号SUM称为基信号； 步骤4:计算控制增益Gn+1 ；令 G。= 0，Gn+1 = Gn+A tBB’n/F ；其中 n = 0，1，2，...；F代表的是由控制增益Gn到两路振动速度信号的相位时间差AtBB，n间的增益系数； 步骤5 将基信号SUM乘以控制增益Gn+1后，得到输出控制信号序列Sc，； 步骤6 计算延迟相位总和cp ；将进行A/D转换、D/A转换、数字滤波、信号检测和幅值控制过程中的延时总和设为T， 对不同的基频Fre，延时总和T引入的相位差cp 2为cp 2=360° T Fre,延迟相位总和为 cp =cp ！+cp 2;cp ！为输入信号调理电路与输出信号调理电路引入的固定相位差； 步骤7 加入延迟相位cp e,得到控制信号序列Sc ；将输出控制信号序列Sc，依次读进FIFO，在FIFO加入延迟相位cp c,使cp c+cp =360°， 加入延迟相位cp c后由FIFO输出控制信号序列Sc。
6.如权利要求5所述一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，其特征在于 步骤2中相位差解算采用过零检测法。
7.如权利要求5所述一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，其特征在于 步骤7中所述FIFO有四个输入信号与两个输出信号，分别是fifo.in :FIF0缓存器的数据输入，输入信号为Sc，；fif0_cl0ck :FIF0缓存器输入时钟信号，只有在时钟信号的上升沿时FIFO才会进行数 据写入或读出操作；rd_req:输入的读请求信号，有效时FIFO会在时钟信号上升沿到来时读出一个数据， 同时将读指针自增1;wr_req:输入的写请求信号，有效时FIFO会在时钟信号上升沿到来时写入一个数据， 同时将写指针自增1;fifo.out :FIF0缓存器数据输出，输出信号为Sc ； fifo_usedw 输出信号，表明在FIFO目前存有多少数据。
8.如权利要求7所述一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，其特征在于 读请求信号re_req与写请求信号wr_req的控制过程为(a)首先初始化时设定FIFO为不写入与不读出状态；(b)随后，比较输出信号fif0_usedW与N的值；当fifo_usedw = N时，说明对Sc，序列的延迟相位cp c正好为360° -cp，这时将FIFO 的读写开关全都打开，让FIFO在一个时钟周期内读一个数据同时写一个数据，保持fifo_ usedw与N相等，即对控制信号序列Sc，的延迟相位cp c为360° -cp的理想状态；若fifo_ usedw < N，则说明FIFO加入的延迟相位cp c小于360° -cp，这时应将FIFO设为只写入不读出的状态，让f ifo_usedw增大直到f ifo_usedw = N为止；若fifo_usedw > N，则说明FIFO加入的延迟相位cp c大于360° -cp ,这时应将FIFO 设为不写入只读出的状态，让f ifo_usedW减小直到f ifo_uSedw = N为止；N为缓存器的目 标值。
9.如权利要求8所述一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，其特征在于 缓存器的目标值N满足如下关系N=(l-cp/360° ) ■ Fc/Fre式中，Fc为单片机时钟频率。
全文摘要
本发明公开一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置，包括安装在科氏质量流量计上的两个线圈、两个柱型磁钢。同时还包括一个科氏扭转控制电路，用来从两个速度传感器上获取电压信号，通过输入、输出信号调理电路，A/D、D/A转换电路和单片机，产生通往力矩线圈的电流信号，使得两个线圈产生磁�。街痛鸥衷诖懦〉淖饔孟虏肟剖现柿苛髁考频母闭穸ぷ叵喾吹牧兀佣窒剖现柿苛髁考频母闭穸ぷ�。本发明通过检测控制信号幅值就可获得流量大小；可大幅扩展科氏质量流量计量程；可减小科氏质量流量计耦合振动。
文档编号G01F1/84GK101840212SQ201010185229
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者姚锴, 李帆, 樊尚春, 王婧, 赵建辉 申请人:北京航空航天大学
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