Способ предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК G01F1/00 

Группа изобретений относится к средствам обработки сигналов в области измерения объемного расхода жидких и газообразных сред и может широко использоваться в измерительной технике в нефтяной и газовой отрасли.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым являются способ и устройство для обработки сигналов накладного расходомера, представленные в п. РФ №2780566 «Способ неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе и устройство для его осуществления», по кл. G01F 1/00, 1/720, 1/20, G01F 22/00, з. 18.04.2022 г., опубл.27.09.2022 г. и выбранные в качестве прототипов.

Известные средства неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа охарактеризованы в указанном патенте следующей формулой:

1. Способ неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе, заключающийся в том, что на наружной поверхности трубы устанавливают последовательно набор сенсоров, способных обнаруживать вихревые возмущения в потоке и создавать сигналы о них, в качестве полезного сигнала используют выделенную из турбулентных вихрей гидродинамическую составляющую пульсирующего давления, сигнал затем фильтруют, вначале убирая длинноволновые акустические составляющие пульсаций давления турбулентных вихрей, затем отфильтровывая высокочастотную составляющую сигнала, оставшуюся часть сигнала подвергают обработке, затем определяют скорость конвекции вихревых возмущений внутри потока, далее по скорости конвекции вихревых возмущений рассчитывают объемный расход жидкости, отличающийся тем, что в качестве сенсоров используют сенсоры упругих деформаций, выполненные с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, снятые с сенсоров сигналы усиливают перед фильтрацией, после фильтрации сигнал, содержащий значения пульсаций давления турбулентных вихрей в конвективной области, подвергают частотно-волновой обработке с использованием кривой k-ƒ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после фильтрации сигнал подвергают двумерной корреляционной обработке по времени и пространству (1), сопоставляя данные между первым и последующими обработанными сигналами и вычисляя время задержки между ними:

где W - двумерная корреляционная функция между первым сигналом и последующими, N - количество отсчетов, М - количество сенсоров, р₁ - сигнал в первом фильтре, р₂ - сигнал в последующих фильтрах, n - строки, m - столбцы, τ - временная сдвижка сигнала, q=1, 2, …, N-1, х - расстояние между сенсорами, t - время.

Затем выполняют двумерную частотно-волновую обработку по зависимости (2):

где S - частотно-волновой спектр, k - волновое число, ƒ - частота.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после фильтрации сигнал подвергают частотно-волновой обработке по зависимости (3):

где S - частотно-волновой спектр, k - волновое число, ƒ - частота, N - количество отсчетов, М - количество сенсоров, р - набор сигналов (двумерная матрица) с сенсоров после фильтрации, n - строки, m - столбцы, τ - временная сдвижка сигнала, х - расстояние между сенсорами, t - время.

4. Устройство для неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе, включающее измеритель потока, имеющий набор установленных на наружной стороне трубопровода сенсоров на равном расстоянии, способных обнаруживать вихревые возмущения течения через твердую стенку с жидкими продуктами и создавать индицирующие их сигналы, связанный с измерителем потока узел обработки, содержащий элементы фильтрации сигналов и связанный с модулем k-ƒ обработки отфильтрованных сигналов, содержащим элемент памяти с k-ƒ кривой и соединенным с вычислителем расхода, отличающееся тем, что в качестве сенсоров в измерителе потока использованы сенсоры упругих деформаций, выполненные с возможностью перестраивания их на фильтрацию волн различной длины, соединенные выходами с усилителями сигнала.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что выходы каждой пары соседних сенсоров соединены со входами двух усилителей сигналов, подключенных к входам сумматора с образованием указанной сборкой первичного волнового (пространственного) фильтра, выход каждого из которых через полосовой частотный фильтр подсоединен к модулю обработки.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что сенсоры упругих деформаций выполнены с заранее заданной частотно-волновой полосой пропускания сигнала, настроенной на детектирование пульсаций давления турбулентных вихрей в конвективной области, а их выходы подключены к входам модуля k-ƒ обработки отфильтрованных сигналов.

7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что k-ƒ модуль содержит блоки обработки отфильтрованного сигнала, при этом первый блок служит для выполнения корреляционной обработки сигнала, второй - для частотно-волновой обработки, при помощи которой определяется скорость конвекции турбулентных вихрей в потоке, а третий блок предназначен для вычисления объемного расхода при помощи передаточного коэффициента.

8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что k-ƒ модуль содержит блоки обработки отфильтрованного сигнала, при этом первый блок служит для выполнения частотно-волновой обработки, при которой определяется скорость конвекции турбулентных вихрей в потоке, а второй блок предназначен для вычисления объемного расхода при помощи передаточного коэффициента (фиг.1).

Средства предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера, которые использованы в известном патенте и представляют интерес для заявителя в качестве ближайших аналогов, расположены в устройстве как бы между накладным расходомером и k-ƒ модулем частотно-волновой /двумерной корреляционной обработки и включают в себя последовательно соединенные между собой сенсоры накладного расходомера, усилители, сумматор и полосовой фильтр.

Известные средства предварительной обработки в известном патенте можно охарактеризовать следующим образом:

1. Способ предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера, заключающийся в том, что снимают с сенсоров аналоговые сигналы, усиливают их, затем фильтруют, вначале убирая длинноволновые акустические составляющие пульсаций Давления турбулентных вихрей, затем отфильтровывая высокочастотную составляющую сигнала, после фильтрации оставшуюся часть сигнала, подвергают дальнейшей «основной» обработке.

2. Устройство для осуществления известного способа предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера, включающее в себя последовательно связанные между собой сенсоры аналоговых сигналов, усилители сигнала, элементы фильтрации сигналов и модуль обработки отфильтрованных сигналов, при этом выходы каждой пары соседних сенсоров соединены со входами двух усилителей сигналов, подключенных к входам сумматора, выход каждого из которых через полосовой частотный фильтр подсоединен к модулю основной обработки.

Недостатком известных средств является невысокое качество предварительной обработки снятых с выхода сенсоров накладного акустического расходомера аналоговых сигналов, обусловленное отсутствием помехозащищенности измерительной части от линий связи и питания. Кроме того, в известных средствах предварительной обработки отсутствует преобразование аналоговых сигналов в цифровые, что также ухудшает качество сигналов, поскольку известно, что на цифровой сигнал почти не влияют помехи из окружающей среды.

Задачей является повышение качества обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера. Поставленная задача решается тем, что:

- в способе предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера, заключающемся в том, что снимают с сенсоров аналоговые сигналы, усиливают их, затем фильтруют, вначале убирая длинноволновые акустические составляющие пульсаций давления турбулентных вихрей, затем отфильтровывая высокочастотную составляющую сигнала, после фильтрации оставшуюся часть сигнала подвергают дальнейшей обработке, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, в качестве сенсоров используют пьезопленочные сенсоры, с выхода каждого из которых снимают биполярный переменный сигнал, подвергают его предварительному усилению, при котором отфильтровывают постоянную составляющую, затем обеспечивают его двухканальное усиление и предварительную фильтрацию низких частот, после чего полученный сигнал поступает на отфильтровывание высокочастотных шумов и последующее усиление очищенного от ВЧ - шумов сигнала, далее полученный очищенный и усиленный низкочастотный сигнал подвергают аналого-цифровому преобразованию и передают на дальнейшую обработку, включающую в себя использование гальванической развязки для отделения измерительной части от линий связи и питания и устранения электромагнитных помех, а также формирование токового сигнала 4-20 мА для преобразования его в аналоговый сигнал с погрешностью преобразования не более 0,1%, который затем модулируют HART - протоколом и передают частотно-модулированные цифровые данные поверх токового сигнала 4-20 мА для индикации пользователю;

- в устройстве предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера, включающем в себя сенсоры аналоговых сигналов, каждый из которых соединен с усилителем сигнала, связанным с элементом фильтрации сигналов, подключенным к модулю обработки отфильтрованных сигналов, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, в качестве сенсоров датчика использованы пьезопленочные сенсоры, каждый из которых соединен с входом входящей в модуль обработки платы аналого-цифрового преобразования, включающей в себя последовательно соединенные предварительный усилитель биполярного сигнала с элементами фильтрации НЧ-сигнала, фильтр-усилитель и аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенной к входящим в модуль обработки последовательно соединенным между собой узлом гальванической развязки, интерфейсом, блоком управления, выполненным на микропроцессоре, формирователем токовой петли 4-20 мА с модулятором протокола HART и индикатором пользователя.

Использование в способе в качестве источника сигналов пьезопленочных сенсоров, с выхода каждого из которых снимают биполярный переменный сигнал, выполнение его предварительного усиления с отфильтровыванием постоянной составляющей, и последующим его двухканальным усилением и предварительной фильтрацией низких частот, в совокупности с последующим поступлением полученного сигнала на отфильтровывание высокочастотных шумов и дальнейшим усилением его после этого, а также с производимым далее его аналого-цифровым преобразованием и передачей на дальнейшую обработку, включающую в себя использование гальванической развязки для отделения измерительной части от линий связи и питания и устранения электромагнитных помех, а также формирование токового сигнала 4-20 мА для преобразования его в аналоговый сигнал с погрешностью преобразования не более 0,1%, последующая модуляция HART - протоколом и передача частотно-модулированных цифровых данных поверх токового сигнала 4-20 мА для индикации пользователю обеспечивает в итоге получение достаточно «высококачественного» в плане отсутствия помех и необходимой величины сигнала, который при необходимости может быть далее подвергнут специальной обработке.

В устройстве применение в качестве источника снимаемого с датчика сигнала пьезопленочных сенсоров, соединенных каждый с платой аналого-цифрового преобразования, включающей в себя последовательно соединенные связанный с выходом пьезопленочного сенсора предварительный усилитель биполярного сигнала с элементами фильтрации НЧ-сигнала, фильтр-усилитель и аналого-цифровой преобразователь, входящей в модуль обработки и подключенной к этому модулю, включающему также в себя последовательно связанные между собой узел гальванической развязки, интерфейс, блок управления, выполненный на микропроцессоре, формирователь токовой петли 4-20 мА с модулятором протокола HART и индикатор пользователя, также обеспечивает получение «высококачественного» в плане отсутствия помех и необходимой величины сигнала, который при необходимости может быть далее подвергнут специальной обработке.

Технический результат - получение сигнала высокого качества.

Заявляемые средства предварительной обработки сигнала обладают новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него:

- в способе - такими существенными признаками как использование в качестве сенсоров упругих деформаций пьезопленочных сенсоров, прием с выхода каждого из них биполярного переменного сигнала, выполнение его предварительного усиления, при котором отфильтровывают постоянную составляющую, последующее его двухканальное усиление и предварительная фильтрация низких частот, проведение отфильтровывания высокочастотных шумов и последующего усиления очищенного от ВЧ - шумов сигнала, выполнение аналого-цифрового преобразования полученного низкочастотного сигнала, передача его на дальнейшую обработку, включающую в себя использование гальванической развязки для отделения измерительной части от линий связи и питания и устранения электромагнитных помех, а также формирование токового сигнала 4-20 мА для преобразования его в аналоговый сигнал с погрешностью преобразования не более 0,1%, последующее его модулирование HART-протоколом и передача частотно-модулированных цифровых данных поверх токового сигнала 4-20 мА для индикации пользователю, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата;

- в устройстве - такими существенными признаками как использование в качестве источников аналоговых сигналов с накладного акустического расходомера пьезопленочных сенсоров, соединение каждого из них с платой аналого-цифрового преобразования, включающей в себя последовательно соединенные предварительный усилитель биполярного сигнала с элементами фильтрации НЧ-сигнала, фильтр-усилитель и аналого-цифровой преобразователь, входящей в модуль обработки и связанной с этим модулем, который также содержит последовательно соединенные между собой узел гальванической развязки, интерфейс, блок управления, выполненный на микропроцессоре, формирователь токовой петли 4-20 мА с модулятором протокола HART и индикатор пользователя, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными выше отличительными существенными признаками, которые обеспечивали бы в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемые средства предварительной обработки аналоговых сигналов, снятых с выхода сенсоров накладного акустического расходомера, соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Заявляемые средства могут широко использоваться в измерительной технике в нефтяной и газовой отрасли и потому соответствуют критерию «промышленная применимость».

Группа изобретений иллюстрируется чертежами, где представлены на:

- фиг.1 - схема расположения средств предварительной обработки аналоговых сигналов в измерительной схеме накладного акустического расходомера;

- фиг.2 - функциональная схема устройства предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера;

- фиг.3 - функциональная схема платы АЦП;

- фиг.4 - конструктивная реализация устройства (фото);

- фиг.5 - структурный состав микроконтроллера.

Заявляемый способ заключается в следующем.

Каждый из аналоговых сигналов, снятых с выходов пьезопленочных сенсоров накладного акустического расходомера и представляющих собой биполярный переменный сигнал, вначале усиливают. При этом вначале отфильтровывают постоянную составляющую сигнала, затем обеспечивают его двухканальное усиление и предварительную фильтрацию низких частот. После чего полученный сигнал поступает на отфильтровывание высокочастотных шумов и последующее усиление очищенного от ВЧ - шумов сигнала. Далее полученный очищенный и усиленный низкочастотный сигнал подвергают аналого-цифровому преобразованию и передают на дальнейшую обработку. Эта обработка включает в себя использование гальванической развязки для отделения измерительной части от линий связи и питания, и устранения электромагнитных помех. Полученный сигнал модулируют HART -протоколом и передают частотно-модулированные цифровые данные поверх токового сигнала 4-20 мА для последующей обработки либо индикации.

Заявляемое устройство выполнено следующим образом.

Каждый из пьезопленочных сенсоров 1 накладного акустического расходомера подключен к своему блоку предварительной обработки (БПО) 2, каждый из которых содержит последовательно соединенные между собой плату 3 аналого-цифрового преобразования (АЦП) (фиг.3), состоящую из последовательно соединенных предварительного усилителя 4 биполярного сигнала с элементами фильтрации НЧ-сигнала, фильтра-усилителя 5 и аналого-цифрового преобразователя 6, а также размещенные на микропроцессорной плате 7 узел 8 гальванической развязки, интерфейс 9, микроконтроллер 10, формирователь 11 токовой петли 4-20 мА с модулятором протокола HART и индикатор 12 пользователя (фиг.2), и также отдельный k-f модуль 13 (фиг.1).

Более конкретно устройство выполнено следующим образом.

В качестве пьезопленочных сенсоров накладного акустического расходомера выбраны пьезочувствительные пленки модели MFC 8514-Р2 фирмы Smart Material inc., которые обладают большой чувствительностью к деформации - 1В/микрострейн. Пленки обеспечивают хорошую генерацию электрического заряда, защищены от воздействия окружающей среды. Пленки обладают одним существенным преимуществом - анизотропность. Применительно к нашей задаче выбраны пленки с поперечным расположением пьезочувствительных волокон -Р2, что позволяет детектировать продольные волны, перемещающиеся по потоку без внесения помех со стороны поперечных волн. Пленки не чувствительны к нормальной деформации, реагируют только на изгибные, поэтому их можно прижимать хомутом к трубопроводу, не боясь уменьшения чувствительности. Конструктивное выполнение сенсоров 1 датчика показано на фото (фиг.4).

В примере конкретного выполнения использовано 10 таких сенсоров, соответственно 10 плат аналого-цифрового преобразования (АЦП) (фиг.2). Плата 3 аналого-цифрового преобразования (АЦП) (фиг.3) состоит из последовательно соединенных предварительного усилителя 4 биполярного сигнала с элементами фильтрации НЧ-сигнала, фильтра-усилителя 5 и аналого-цифрового преобразователя 6, Предварительный усилитель 4 служит для усиления биполярного сигнала, снимаемого непосредственно с пьезопленочных сенсоров.

Фильтр-усилитель 5 предназначен для фильтрации высокочастотных шумов и усиления сигнала с предварительного усилителя. Аналого-цифровой преобразователь 6 является 16-разрядным.

Конструктивное выполнение платы 3 АЦП показано на фото (фиг.4). Помимо платы 3 АЦП, каждый блок предварительной обработки 2 включает в себя также узел 8 гальванической развязки, интерфейс 9, микроконтроллер 10, формирователь 11 токовой петли 4-20 мА с модулятором протокола HART. (Конструктивное выполнение блока предварительной обработки показано на фото (фиг.4)

Узел 8 гальванической развязки по питанию, выполнен, в частности, на трансформаторе (на чертежах не показан). Для цифрового интерфейса SPI гальваническая развязка обеспечивается микросхемой, представляющей собой высокоскоростной цифровой изолятор ADUM. Гальваническая развязка улучшает электромагнитную совместимость, повышает помехозащищенность и точность измерений. Основной целью использования гальванической развязки является разделение измерительной части от линий связи и питания, на которые воздействуют электромагнитные помехи.

Интерфейс 9 SPA обеспечивает микроконтроллер STM32.

В качестве микроконтроллера 10 используется микросхема STM32.

Микроконтроллер 10 предназначен для приема данных с платы АЦП, обработки сигнала и формирования цифровых сигналов интерфейсов. Он выполняет следующие функции:

- сбор и обработку данных от платы 3 АЦП;

- передачу информации по проводному цифровому интерфейсу RS-485;

- формирование аналогового токового сигнал 4-20 мА;

- вывод информации на индикатор 12;

- управление трансформатором для обеспечения гальванической развязки между платой 3 АЦП и остальными частями схемы: между интерфейсом RS-485 и остальными частями схемы; между интерфейсом 4-20 мА и остальными частями схемы.

Формирователь 11 токовой петли 4-20 мА предназначен для формирования токового сигнала 4-20 тА с погрешностью преобразования цифрового сигнала в аналоговый не более 0.1%. Использована специализированная микросхема DA3 от компании Texas instruments. Эта микросхема является 16 -ти- битным сигма-дельта аналоговым преобразователем для передачи аналогового сигнала по интерфейсу 4-20 мА. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) поддерживает четырехпроводной SPI интерфейс для передачи данных и конфигурирования параметров ЦАП. Для снижения мощности потребления в БПО используется микросхема с пониженным потреблением питания. Модулятор протокола HART (Higway Addressable Remote Transducer) выполнен на микросхеме от компании Analog Devices. Индикатор 12 также представлен на фиг.4 (фото).

Заявляемый способ реализуется с помощью заявляемого устройства следующим образом.

Краткий принцип работы средств детектирования и фильтрации, согласно функциональной схеме, представленной на фиг.2, заключается в следующем.

На плате 3 АЦП сигнал с сенсора 1 усиливается, фильтруется по частоте и производится его аналого-цифровое преобразование 16-разрядным АЦП (фиг.2). Микропроцессорная плата 7 принимает цифровое значение сигнала по интерфейсу SPI с заданной частотой выборки 5 кГц. Далее измеренные значения накапливаются и пакетами передаются по интерфейсу RS-485 для последующей цифровой обработки с помощью алгоритма и необходимого программного обеспечения.

Более подробно конструкция устройства и способ реализации заявляемого способа описаны ниже.

Выход каждого пьезопленочного сенсора 1 подключен к входу блока 2 предварительной обработки, конкретно к плате 3 аналого-цифрового преобразования (далее АЦП) (фиг.2).

Сигнал с пьезопленочного сенсора 1 модели MFC 8514 - Р2 поступает на электронную плату 3 (фиг.2), которая предназначена для преобразования сигналов с пьезопленочных сенсоров 1 в цифровой сигнал. В предварительном усилителе 4 платы 3 этот сигнал усиливается и затем поступает на фильтр - усилитель 5, где происходит фильтрация высокочастотных шумов и затем усиление полученного низкочастотного сигнала. Далее 16-разрядный АЦП 6 принимает усиленный сигнал на дифференциальные входы, производит его аналого-цифровое преобразование.

Таким образом, плата 3 АЦП обеспечивает усиление, частотную фильтрацию и преобразование сигнала из аналогового в цифровой.

С выхода платы 3 измеренный сигнал передается в блоке 2 предварительной обработки через интерфейс 9 по запросу микроконтроллера 10 для дальнейшей обработки. При этом в заявляемом устройстве используется осуществляемая с помощью узла 8 гальваническая развязка, которая улучшает электромагнитную совместимость, повышает помехозащищенность и точность измерений. Основной целью использования гальванической развязки является разделение измерительной части от линий связи и питания, на которые воздействуют электромагнитные помехи. Входящие в узел 8 трансформатор и высокоскоростной цифровой изолятор (на чертежах не показаны) обеспечивают развязку от сети питания и развязку для цифрового интерфейса.

Микроконтроллер 10 служит для приема данных с платы 3 АЦП, обработки сигнала и формирования цифровых сигналов интерфейсов. Тактовая частота микроконтроллера 3.686 МГц обеспечивает необходимую производительность для обработки сигнала. Микроконтроллер 10 принимает цифровое значение сигнала по интерфейсу 9 (SPI) с заданной частотой выборки 5 кГц. Далее измеренные значения накапливаются и пакетами передаются по интерфейсу RS-485 для последующей цифровой обработки с помощью алгоритма k-ƒ и необходимого программного обеспечения.

При этом микроконтроллер 10 задействован в работе следующим образом (см. структурный состав на фиг.5).

Модуль 14 генерации импульсов микроконтроллера 10 для трансформатора гальванической развязки выдает импульсы для работы элементов развязки.

Таймер 15 выборок АЦП используется для считывания данных с АЦП с периодом 0.002 сек (5кГц). Выборки считываются с АЦП по интерфейсу SPI и передаются в накопительный буфер 16, для обработки и последующей отправки данных по интерфейсу RS-485.

Модуль 17 подготовки данных конвертирует принятые значения и помещает их в буфер 18 данных RS-485 для передачи пакета.

Буфер 19 данных HART и модуль 20 HART обеспечивают работу платы процессора по протоколу HART, при взаимодействии с микросхемой АЦП.

Модуль 21 управления ЦАП преобразует цифровое значение и отправляет в микросхему ЦАП, для формирования выходного сигнала 4-20 мА.

Работая в схеме токовой петли, ЦАП в паре с модулятором протокола HART (Higway Addressable Remote Transducer) от компании Analog devices обеспечивает передачу частотно модулированных цифровых данных поверх токового сигнала 4-20 мА. Модуль 22 индикации блока 2 отображает их на индикаторе 12 при необходимости.

С выхода блока 2 сигнал может далее поступать на k-ƒ модуль 13 для дальнейшей обработки и вычисления объемного расхода.

В сравнении с прототипом заявляемые средства предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера обеспечивают более высокое качество этих сигналов.

Группа изобретений относится к средствам обработки сигналов в области измерения объемного расхода жидких и газообразных сред и может широко использоваться в измерительной технике в нефтяной и газовой отрасли. Способ предварительной обработки сигналов заключается в том, что каждый из аналоговых сигналов, снятых с выходов пьезопленочных сенсоров накладного акустического расходомера и представляющих собой биполярный переменный сигнал, вначале усиливают. При этом вначале отфильтровывают постоянную составляющую сигнала, затем обеспечивают его двухканальное усиление и предварительную фильтрацию низких частот. После чего полученный сигнал поступает на отфильтровывание высокочастотных шумов и последующее усиление очищенного от ВЧ-шумов сигнала. Далее полученный очищенный и усиленный низкочастотный сигнал подвергают аналого-цифровому преобразованию и передают на дальнейшую обработку. Эта обработка включает в себя использование гальванической развязки для отделения измерительной части от линий связи и питания, и устранения электромагнитных помех. Полученный сигнал модулируют HART-протоколом и передают частотно-модулированные цифровые данные поверх токового сигнала 4-20 мА для последующей обработки либо индикации. В устройстве каждый из пьезопленочных сенсоров 1 накладного акустического расходомера подключен к своему блоку предварительной обработки (БПО) 2, каждый из которых содержит последовательно соединенные между собой плату 3 аналого-цифрового преобразования (АЦП), состоящую из последовательно соединенных предварительного усилителя 4 биполярного сигнала с элементами фильтрации НЧ-сигнала, фильтра-усилителя 5 и аналого-цифрового преобразователя 6, а также размещенные на микропроцессорной плате 7 узел 8 гальванической развязки, интерфейс 9, микроконтроллер 10, формирователь 11 токовой петли 4-20 мА с модулятором протокола HART и индикатор 12 пользователя, и также отдельный k-ƒ модуль 13. Технический результат - повышение качества обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера. Заявляемый способ заключается в следующем. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера, заключающийся в том, что снимают с сенсоров аналоговые сигналы, усиливают их, затем фильтруют, вначале убирая длинноволновые акустические составляющие пульсаций давления турбулентных вихрей, затем отфильтровывая высокочастотную составляющую сигнала, после фильтрации оставшуюся часть сигнала подвергают дальнейшей обработке, отличающийся тем, что в качестве сенсоров используют пьезопленочные сенсоры, с выхода каждого из которых снимают биполярный переменный сигнал, подвергают его предварительному усилению, при котором отфильтровывают постоянную составляющую, затем обеспечивают его двухканальное усиление и предварительную фильтрацию низких частот, после чего полученный сигнал поступает на отфильтровывание высокочастотных шумов и последующее усиление очищенного от ВЧ-шумов сигнала, далее полученный очищенный и усиленный низкочастотный сигнал подвергают аналого-цифровому преобразованию и передают на дальнейшую обработку, включающую в себя использование гальванической развязки для отделения измерительной части от линий связи и питания и устранения электромагнитных помех, а также формирование токового сигнала 4-20 мА для преобразования его в аналоговый сигнал с погрешностью преобразования не более 0,1%, который затем модулируют HART-протоколом и передают частотно-модулированные цифровые данные поверх токового сигнала 4-20 мА для индикации пользователю.

2. Устройство предварительной обработки аналоговых сигналов с сенсоров накладного акустического расходомера, включающее в себя сенсоры аналоговых сигналов, каждый из которых соединен с усилителем сигнала, связанным с элементом фильтрации сигналов, подключенным к модулю обработки отфильтрованных сигналов, отличающееся тем, что в качестве сенсоров датчика использованы пьезопленочные сенсоры, каждый из которых соединен с входом входящей в модуль обработки платы аналого-цифрового преобразования, включающей в себя последовательно соединенные предварительный усилитель биполярного сигнала с элементами фильтрации НЧ-сигнала, фильтр-усилитель и аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенной к входящим в него последовательно соединенным между собой узлом гальванической развязки, интерфейсом, блоком управления, выполненным на микропроцессоре, формирователем токовой петли 4-20 мА с модулятором протокола HART и индикатором пользователя.