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纸浆Zeta电位在线检测装置下

2021年08月18日 绵阳机械设备网

纸浆Zeta电位在线检测装置(下)

3 被测电位差信号处理

实际所测量到的两电极间的电位差,为一随着浆塞运动变化的类正弦信号迭加在一缓慢浮动信号之上的mV级信号,其频率与浆塞运动频率一致。其信号的性质是由电极的特性和液体的特性决定的,该信号几乎淹没在浮动变化的信号中,对这种信号的处理,用阀值比较的方法,但对于缓变浮动信号不合适。使用变增益放大器对浮动信号进行补偿校正,是阶梯状放大,随着放大系数的改变,有效信号的放大倍数亦阶梯状随动,信号检测的精度时高时低。针对Zeta电位信号的特点,本装置采用的是恒定放大系数,用单片机实时补偿浮动信号的方法。

由于对Zeta电位信号的处理,需要较快精确的数据采集和大量的数值运算,所以采用16位单片计算机80C196KB。测量电路结构如图2所示。

图2 测量电路结构

图3 电位信号与输出信号

电位信号,如图3(a)所示,经过仪用放大器A1放大,其输出V0与计算机输出的补偿浮动信号,经第二级缓冲放大器A2差分放大后,输出值为期望信号Vz。计算机用14位并行转换芯片AD779KN 对浮动信号检测,得到V0的数列值{V01,V02,V03……}。经过该电路处理后的信号输出如图3(b)所示。

在求解得到当前周期内的最小值和最大值及其前3个周期内的最小值与最大值,即:Vmin(n-3)、Vmin(n-2)、Vmin(n-1)、Vmmin(n)及时间tn-3、tn-2、tn-1、tn后,可利用Newton差值公式求得 Vmin(t)=C0+C1t+C2t2+C3t3,该函数表示了浮动信号的补偿值的变化规律。外推下一步在[tn tn+1]内校正补偿值V(t)=Vmin(t) 。令单片机的采样运算求解输出补偿量的周期tc远小于纸浆流动电位的变化周期TP。由于本文中采用高速并行A/D转换芯片及高速D/A转换芯片,并用快速牛顿插值求解算法可满足tc<<TP。

动态实时求解交变信号的最小、最大值:单片机高速采集电路的放大输出值V0产生离散数值序列。通过求Vi=f(ti)的导数及判别导数的变化率,可求Vmin产生的时刻,f′(t)由-→0→+变化时为 f′(t)=0,则f(t)是Vmix;而f′(t)由+→0→-变化时 f′(t)=0,则f(t)为Vmin。为了对A/D采样更加精确,在数据处理中使用去掉最大值及最小值与快速加权中值滤波法处理进一步提高了求Vmix和Vmin的精度。其方法是对数列中的N个数据,开辟一窗口包含N个数据。数据窗随着时间平移,去掉一大一小2个数据,做N-2个数据的加权中值滤波,送入数据队列中。

4 软件结构

检测装置软件采用PLM96高级语言编写,分为三层模块。第一层硬件资源驱动程序模块包括:AD驱动程序,DA驱动程序,显示驱动程序,键盘输入驱动程序。第二层应用模块包括:测量动作逻辑控制程序模块,数据采样寻凹点数据处理模块,样条函数求解模块,求解单步补偿输出量程序模块,流动电位求解与Zeta电位数据序列滤波处理模块。第三层为人机交互模块,包括测量装置所需固化参数与数据表格及输入模块,测量过程状态与测量结果显示模块,Zeta电位模拟量输出模块,RS485通讯模块。

5 结束语

该装置通过实测数据表明,其结果与实验室专用离线Zeta电位测量仪测试结果相吻合,该装置能实时显示测定的数据,并快速作数值处理,克服了低频浮动信号的测量难点。

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