1、選用技術(shù)
本文研究采用的磁致伸縮液位傳感器具備高可靠性、高精度、易操作性、安全性出色、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，在波導(dǎo)脈沖原理支持下，起始和終止脈沖的測(cè)量能夠保證位移量的準(zhǔn)確得出，存在1mm的分辨率和0.5mm的計(jì)量精度。在磁性浮子驅(qū)動(dòng)下，磁致伸縮液位傳感器能夠?qū)橘|(zhì)液位連續(xù)測(cè)量，在測(cè)量重復(fù)性方面的表現(xiàn)也較為出色，輔以設(shè)置的軟密封法蘭，在法蘭蓋上開(kāi)螺紋，磁致伸縮液位傳感器的安裝和維護(hù)能夠更好實(shí)現(xiàn)。需將擋環(huán)和浮球卸下后進(jìn)行軟密封法蘭安裝，在法蘭蓋上擰緊液位計(jì)，擋環(huán)和浮球安裝后依次裝回容器。
2、設(shè)計(jì)目標(biāo)
以處理器S3C6410作為超高精度磁致伸縮液位儀的控制核心，高精度的時(shí)間測(cè)量基于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，磁致伸縮液位測(cè)量器的外接可完成罐車(chē)液位精確測(cè)量。聲波傳感器與該時(shí)間測(cè)量方案的結(jié)合可同時(shí)實(shí)現(xiàn)聲波回波時(shí)間高精度測(cè)量，結(jié)合油品體積與罐車(chē)液位的關(guān)系模型，油品體積測(cè)算可同時(shí)完成，溫度傳感器可用于油品體積在固定溫度下的反推。對(duì)于設(shè)計(jì)涉及的姿態(tài)傳感器，其屬于基于微機(jī)電系統(tǒng)的高性能技術(shù)測(cè)量系統(tǒng)，研究使用基于四元數(shù)的三維算法和特殊數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)時(shí)輸出零漂移三維姿態(tài)方位數(shù)據(jù)，具體以四元數(shù)和歐拉角表示，以此滿(mǎn)足移動(dòng)式油罐的傾斜檢測(cè)需要，通過(guò)自動(dòng)液位補(bǔ)償，即可更準(zhǔn)確測(cè)量液位。為得到HART接口正常輸出，固定溫度下的油品體積能夠由此順利獲取。本文研究的超高精度磁致伸縮液位儀用于移動(dòng)式罐體，需實(shí)現(xiàn)不同溫度不同情況下罐車(chē)內(nèi)油品真正有可比性的超高精度測(cè)量，液位誤差、體積誤差控制需分別控制在1mm、0.1%內(nèi)。
3、硬件框架
基于發(fā)出詢(xún)問(wèn)脈沖到接收返回扭應(yīng)力脈沖的時(shí)間差，磁致伸縮液位傳感器可實(shí)現(xiàn)液位高度計(jì)算，扭應(yīng)力脈沖反射后且被接收器接收時(shí)，檢測(cè)出的扭應(yīng)力脈沖會(huì)向電信號(hào)轉(zhuǎn)換并送入信號(hào)處理系統(tǒng)，放大后處理后進(jìn)入電壓比較器。基于取信號(hào)的時(shí)刻，電壓比較器向時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片發(fā)送嘀嗒信號(hào)，發(fā)射脈沖和反射脈沖間的時(shí)間差由時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片完成計(jì)算，經(jīng)由串行外圍設(shè)備接口的時(shí)間數(shù)據(jù)送至微控制處理器。液位數(shù)據(jù)在由微控制處理器處理后，通過(guò)轉(zhuǎn)換和調(diào)制，分別由數(shù)字信號(hào)HART協(xié)議和模擬量4-20mA信號(hào)輸出。
微控制處理器接收HART接口數(shù)據(jù)，信號(hào)處理后接入姿態(tài)傳感器和磁致伸縮傳感器，另外通過(guò)脈沖接收和脈沖發(fā)射送至超聲波傳感器，其信號(hào)處理存在類(lèi)似于磁致伸縮傳感器的原理，因此采用相同信號(hào)處理系統(tǒng)完成超聲波信號(hào)處理，輔以信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)分時(shí)復(fù)用，信號(hào)的多通道處理順利完成。本文設(shè)計(jì)的超高精度磁致伸縮液位儀能夠綜合應(yīng)用溫度傳感器、姿態(tài)傳感器及磁致伸縮液位計(jì)，輔以罐容表查詢(xún)，即可準(zhǔn)確測(cè)量移動(dòng)式罐體的罐容。選擇高速微控制處理器接入傳感器的輸出數(shù)據(jù)，具體選擇ARM11系列，設(shè)計(jì)成本和開(kāi)發(fā)難度可由此下降。
本文設(shè)計(jì)的超高精度磁致伸縮液位儀主要具備以下幾方面特點(diǎn)：
第一，存在不能折彎的磁致伸縮探測(cè)桿，波導(dǎo)絲損壞帶來(lái)的靈敏度下降問(wèn)題能夠有效規(guī)避；
第二，在接卸油環(huán)節(jié)，由于傳感器原理接卸油管口設(shè)置，油品流動(dòng)壓力可能帶來(lái)的損壞問(wèn)題有效規(guī)避，測(cè)量精度不會(huì)受到影響；
第三，浮子與容器壁不會(huì)出現(xiàn)碰撞，基于活動(dòng)靈活的浮球、螺紋（法蘭蓋上開(kāi)螺紋）與容器的牢固連接、保持垂直的探頭，儀器作用能夠更好發(fā)揮；
第四，通過(guò)接地處理和接觸良好的通信線(xiàn)路，接地螺栓上得以連接雙芯雙絞屏蔽電纜和地線(xiàn)屏蔽層，在防爆穿線(xiàn)盒上設(shè)置接地螺栓，盒外接地端子與罐體的接地點(diǎn)相連接；
第五，選用的磁致伸縮液位計(jì)為PVDF軟纜材質(zhì)，能夠得到較為準(zhǔn)確的顯示數(shù)據(jù)和正常的通信信號(hào)，連接穩(wěn)定性也較高。
