流速儀信號采集系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用.docx

1、流速儀信號采集系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用張新書(河北省水文水資源勘測局，河北石家莊050031)摘要：介紹了流速儀檢定的方法，針對流速儀信號的特點，設(shè)計了硬件調(diào)理信號和軟件濾波的方法，解決了流速儀信號干擾，以及測流中二次儀表只能搭配固定型號的流速儀的問題，并在實際運用中得到了驗證.關(guān)鍵詞：流速儀；信號采集；智能流量瀏算儀中圖分類號：P335文獻標(biāo)識碼：A0引言我國是一個水資源豐富的國家，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駐。流速儀在出廠前或在野外使用過一段時間后需要進行檢測檢定，以確定流速儀轉(zhuǎn)速和水流速度之間的關(guān)系。近年來，隨著計算機技術(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，人們對流速儀檢定及測流設(shè)備的可靠性和自動化程度的要求越來越高。流速儀脈沖信號比較復(fù)雜，信號調(diào)理及采集工作既是流速儀檢定和使用中的重點也是難點。本文提出了1種軟硬結(jié)合的流速儀信號調(diào)理方法，應(yīng)用在檢定槽改造及智能流妹測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行實際測量的，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：1674-9405(2011)01-0052-03運行檢定車。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)生相對運動，當(dāng)運行平穩(wěn)后，計算機發(fā)出指令進入轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)率測量他元，測出流速儀儀器轉(zhuǎn)率，而把檢定車相對于靜水的速度作為水流速度，進而確定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)果對流速儀各項性能給出定量評定。2 流速儀信號調(diào)理2.1流速儀信號特點流速儀信號是通過干簧管吸合或機械觸絲的通斷產(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個觸點會產(chǎn)生非良好接觸，因而在流速儀脈沖信號前沿和后沿都會有一定時間長度的抖動信號；2)流速儀檢定槽K期使用后，水會變得不純凈導(dǎo)致水的導(dǎo)電率增加，這樣就相當(dāng)于在流速儀的2個水下接線柱之間存在水電阻從而影響到流速儀輸出信號：3)流速儀檢定車上裝有大功率同步電機及變頻器，流速儀信號從接線端取出，經(jīng)導(dǎo)線與連接板連接，然后經(jīng)過電機、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，因此流速儀信號中常常會簾入尖收稿日期：2010-09-29作者簡介：張新弓(1963-),男，河北鹿泉人，高級工程師，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，實際環(huán)境中測量到得流速儀信號與理論中的相距甚遠，流速儀信號波形對比如圖1所示。如果直接把這種脈沖信號送入計算機處理器，將會導(dǎo)致計算機重復(fù)計數(shù)從而影響到流速儀檢定精度；同時脈沖信號中的尖峰干擾對計算機硬件也會產(chǎn)生致命損害。因此需要針對流速儀信號的特點，采用軟硬結(jié)合的方法在流速儀信號和計算機計數(shù)接口之間設(shè)計1套合理的信號調(diào)理系統(tǒng)。圖1流速儀信號波形對比軟件濾波后的信號2.2硬件信號調(diào)理從流速儀接線柱引出的脈沖信號不能直接接入計算機處理器，需要經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換、濾波、隔離、去抖動、放大、整形等硬件電路后才等滿足計算機的采集要求。流速儀硬件信號調(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流速儀硬件信號調(diào)理流程信號轉(zhuǎn)換電路負責(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單的衰減濾波網(wǎng)絡(luò)，對竄入接口的強干擾脈沖進行衰減和抑制，并利用二極管的特性進一步限幅，克服水的導(dǎo)電性帶來的干擾，使電路的干擾信號得到最大的抑制，同時利用電容的隔直特性把流速儀電信號與計算機系統(tǒng)上的電器分離，然后采用三極管進行信號變換，使之適應(yīng)計算機系統(tǒng)的脈沖幅度后再進行整形。流速儀信號經(jīng)過處理后，信號已基本滿足計算機處理的要求，并有效防止了干擾，可以接入計算機計數(shù)器接口。流速儀信號調(diào)理原理如圖3所示。2.3軟件濾波由流速儀型號眾多

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情況也各不相同，因此為了保證在采集流速儀信號過程中的準(zhǔn)確可靠性，彌補硬件電路的不足，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質(zhì)量。在對流速儀信號進行軟件濾波處理時，要根據(jù)不同的應(yīng)用場合采用不同的濾波方法。在流速儀檢定車上時，由于1次要檢測多個不同的速度，而儀器型號基本相同，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，這是流速儀檢定車進行軟件濾波的首選措施。而在實際流速測量時，由于己經(jīng)沒有了距離信號再加上1個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)只有時間，所以在軟件的編寫過程

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

9、表只能搭配固定型號的流速儀的問題，該智能流量測算儀能適應(yīng)現(xiàn)在使用中的大部分流速儀型號。最大限度地提商信號采集的可靠性和準(zhǔn)確性。解決了流速儀信號干擾，以及測流中二次儀表只能搭配固定型號的流速儀的問題，并在實際運用中得到r驗證。4結(jié)語參考文獻:針對流速儀信號的特點，采用了轉(zhuǎn)換、濾波、隔離、去抖動、放大、整形等硬件電路調(diào)理信號以適應(yīng)計算機處理，計算機軟件編寫過程中流速儀記錄信號的儀表能隨時改變信號采集時的延退時間，直線明槽中轉(zhuǎn)子式流速儀的檢定方法.GB121699-2008S.北京：中華人民共和國水利部，1995.1 梁以珍，陳志軍，南新元.流速儀信號計算機采集系統(tǒng)設(shè)計J.自動化儀表，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)ApplicationofADCPatTidalGaugingStationOUFanglan(QinzhouBranchofSurveyBureauofHydrology&WaterResourcesofGuangxiZhuangAutonomousRegion,Qinzhou535000.China)Abstract:Ebbandflowoftidescausechangesinthenaturalflowregimeoftheriverwherethegaugingstationsarclocatedat,whichinturngivesagreatimpactondischarge

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