1、便攜式電磁流速儀設計初探寧麗娟1,吳桂才】，宋啟明2,于瑩2（1.牡丹江電子儀器有限責任公司I2.東北農業大學）摘要:本文介紹了基于法拉第電磁感應定律設計的便攜式電磁流速儀。該儀器凸顯低功耗、輕便靈活的特點，專門針對農田灌區、污水監測、汛期洪水、山洪急流、淺灘岸邊、小溪川流、舟橋部隊等水文非常態測試環境而設計的，不怕磕碰及水草纏繞，是旋翼式轉子流速儀的一種升級替代選擇。關鍵字：自有知識產權輕便靈活水文非常態測試I升級替代中圖分類號:TH764文獻標識碼:A文章編號:1003-7241（2012）05-0068-04TheDesignofPortableElectromagneticFlowMe

2、terNINGLi-juan1,WUGui-cai1,SONGQi-ming2,YUJun-ying2(l.MudanjiangElectronicInstrumentCo.,Ltd.2.NortheastAgriculturalUniversity)Abstract:ThispaperdescribesthedesignofportableelectromagneticflowmeterbasedontheFaradaylawofelectromagneticinduction.Theinstrumenthighlightsthelow-power,lightweight,flexiblef

3、eatures,designedspecificallyforfarmlandirrigationdistrict,wastewatermonitoring,flood,torrentialrapids,shoalsshore,layinthecreek,pontoonforcesetchydrologicalabnormaltestenvironment.Themeterisightandflexiblenotafraidofacollision,plantswinding.Itisanupgradealternativeflowmeter.Keywords:self-ownedinteHe

4、ctualproperty;lightandflexible;hydrologicalabnormaltest;upgradealternative1 引言在水文測驗諸多項目中，河流測試是最主要項目之一，至今國內仍以轉子流速儀作為常規流量測驗的基本手段。流速剖面儀（ADCP）的引進，在全國各地很多水文站作了許多有益的應用研究試驗，取得了許多應用經驗和成果，目前應用范圍仍局限于工程測量方面，未能作為水文的基本測驗手段。便攜式電磁流速儀有著體積小、操作簡單、測量時間短、數據存儲量大，投入人員少（一人便可測流）等優點，所以市場前景很好。2 系統設計原理及功能法拉第（英國）1831年首先發現電磁感應定

5、律，次年曾構想利用地球磁場來測速，以確定英國泰晤士河的流量，并進行現場試驗。這一創舉拉開了電磁測速的序幕。但凡電磁測速都是基于法拉第電磁感應定律。收稿日期：2012-04-20本文設計的便攜式電磁流速儀（簡稱BX流速儀），工作原理是基于法拉第電磁感應定律。在其探頭產生交變磁場，流動著的速度為V的液體（電導率5MS/cm）切割磁力線,探頭兩側的電極檢測出感應電動勢，其大小為：E=kBDV式中：E感應電動勢；k一一儀表系數，B-磁感應強度；D探頭外徑；V-垂直于磁力線方向的液體速度，可見感應電動勢E與流體速度V成正比。經取樣放大、運算處理，再經單片機處理轉換成與速度信號成正比的數字量信號，從而實現

6、流速的測量。電磁流速儀的組成：電磁流速儀由流速傳感探頭、激磁電路、三值波電路、流速信號處理電路、單片機、通訊接口、觸摸顯示屏、電源模塊等組成，流速儀組成框圖如圖1所示：圖1流速儀系統框圖3系統硬件設計實現3.1設計信號獲取流速傳感器探頭為臥式，呈流線型，內有激磁線圈，具有磁場強度大，靈敏度高，抗干擾性好等技術優勢，輕便靈活，不怕磕碰及水草纏繞。流速傳感器探頭為牡丹江電子儀器有限責任公司的專利技術，實用新型專利號：002477300.3.2先進的三值波激磁技術由單片機時序程序控制產生的方波，周期為200ms,波形寬度為50ms,經恒流源驅動電路輸出給傳感器激磁線組，以+A,0,-A三值進行激磁，

7、通過多次試驗采用三值方波激磁技術，系統抗干擾能力強，三值波激磁波形如圖2所示。號處理，送至單片機的A/D端。前置放大電路如圖3所示3.4系統核心處理器本文設計采用了低電源電壓范圍J.8-3.6V,超低功耗16位混合信號處理器MSP430F149,（60KBFLASH,2048字節RAM,8通道12位A/D轉換，超強大的處理能力，自帶硬件乘法器，高性能模擬技術及豐富的片上外圍模塊，高穩定性工業級產品運行環境溫度為-40+85C），完成建立系統工作節拍、A/D變換、信號采樣、流速及誤差修正運算處理、數據存儲與查詢調用的實現，操作界面及顯示界面、串行通訊、欠壓報警等軟件的實現，電路原理圖如圖4所示，

8、n圖2激磁波形圖3.3速度信號處理以高阻、高共模抑制比、低噪和低線性誤差特性的儀表放大器構成前置放大級通過對獲取隨流速變化的正-零-負-零-正規律的三種狀態的感應信號進行節拍極性采樣和處理測量精度進一步提高，提取信號之后由，再經濾波、電平平衡、調整零點和增益，完成信圖4單片機及外圍電路原理圖3.5485通訊及RS232串行接口實現主從結構串InstrumentationandMeasurment行半雙工通訊。與上位機（主機）可以構建主從結構的網絡。3.6鍵盤操作、數據顯示采用了3.5英寸觸摸屏，人性化的操作界面，操作簡便，同時顯示瞬時流速和平均流速。3.7 為適合多種應用場合的需要，本文設計了

9、多種測桿結構選擇。3.8 供電系統設計了三種電源組塊模式：聚合物鋰電池，太陽能電池，220V。4系統軟件設計本設計運用IAR集成開發環境，對MSP430F149編程，完成軟件系統設計各功能實現。主程序流程圖如圖5所示：圖5主程序流程圖系統主程序/*主程序/#include<msp430xl4x.h>intdianya,y,yly2«voidmain(void)charm=0»WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD,TIMERST(O),PlDIR=OxfF；P10UT=OxfB,P2DIR=OxfO,PlDIR=OxfF,P4DIR=0XFf：P5DIR-Ox

10、ff,P6DlR=0x00,P6SEL=0x4b,BCSCTL1=OX7,BCSCTL2=0X06,UOTCTL=SSELO,UOCTL=CHAR,UOCTL&=SWRST；UOBRO=3,U0BR1=0x00,U0MCTL=0x4a,MEI|=UTXEO+URXEO,IE1|=URXIE0»P3SEL|=0x30,P3DIR|=OxdfiP3OUT=0xdhADC12CTL0=MSC+SHTO_O+ADC12ON+REF2.5V+REFON,ADC12CTL1=SHP+CONSEQ_1；ADC12MCTL0=INCH_O+SREF_1；ADC12MCTL1=INCH_1+S

11、REF_1,ADC12MCTL2=INCH_3+SREF_1,ADC12MCTL3=INCH_6+SREF_1+EOS；ADC12IE=0x02,A/D轉換子程序voidA/D(void)P1OUT|=0x10,ADC12CTL0|=ENC+ADC12SC,while(ADC12CTL1&ADC12BUSY)-=1)；y=ADC12MEM0；dianya=ADC12MEMl,yl=ADC12MEM2,y2=ADC12MEM3,5試驗標定及現場比對測試1)通過POTOK靜水槽(精度0.1%)如圖6所示，標定和檢定，實測數據(未修正)如表1所示，標定曲線圖7所示。表1實測數據碗曲&

12、藤適蕓商藪礦V隆陷50.10.09330.07640.20.19790.17830.30.29060.27280.40.39750.380.50,48730.47220.60.58440.57440.70.68670.67990.80.78980.78S60.90.88620.886610.98670.99221.11.08591.09391.21.18991.2011.31.2931.30491.41.38791.40951.51.48811.51611.61.59S41.63041.71.69181.73021.81.79121.83251.91.89251-935121.99082.04

13、592.12.08722.13442.22.32.29782.36272.42.52.492.49882.6參考文獻：1胡大可.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與應用M.北京航空航天大學出版社,2000.2沈建華,楊艷琴，翟驍曙.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與應用M.清華大學出版.2004.3范玉久.主編.化工測量及儀表M.化學工業出版社.1981.14）梁國偉，蔡武昌.流量測量技術及儀表M.機械工業出版社.2005,5尹建國，蔣佑華，陳含華.走航式多普勒剖面流速儀測流應用與分析UJ.水文水利自動化,2004,（3）:40-42,50.6J中華人民共和國行業標準（SJ.SL.195-97.水文巡測規范.中國水利水電出版社.1997.5.蘇n.B.諾維茨基主編.非電量的電測量M.機械工業出版社.1983.2）與水文常規轉子流速儀LS-251比測，系統誤差均小于2%,比測數據如表2所示：比測結果統計1表2比測結果數據表1測點數偏差±3%測點數匝差±5%測點敗平均偏差%系統偏差%402434-0.15-0.15比測結果統計2表3比測結果數據表