CN103499379B

CN103499379B - 一种储备油脂数量快速检测系统

Info

Publication number: CN103499379B
Application number: CN201310482419.0A
Authority: CN
Inventors: 李臻; 余琳; 李立; 黄穗; 王永攀; 干露
Original assignee: CETC 38 Research Institute
Current assignee: CETC 38 Research Institute
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN103499379A

Abstract

本发明提出了一种储备油脂数量快速检测系统，其用于检测储油罐内的储备油脂数量，该系统包括非接触式液位检测节点、多个温度液位检测节点、便携式密度检测节点、数据终端。数据终端通过无线或有线通信方式与非接触式液位检测节点、温度液位检测节点、便携式密度检测节点进行通信。每个温度液位检测节点包括MCU模块、中空浮子管、防护塑料管、铁磁浮子、及与MCU模块连接的温度检测模块、磁阻检测模块、电容检测模块。铁磁浮子安装在中空浮子管内，温度检测模块、磁阻检测模块、电容检测模块均安装在防护塑料管内，温度检测模块有多个等距分布的温度传感器，磁阻检测模块有多个等距分布的磁阻传感器，电容检测模块安装在防护塑料管底部。

Description

一种储备油脂数量快速检测系统

技术领域

本发明涉及一种检测系统，具体涉及一种储备油脂数量快速检测系统。

背景技术

油脂储备量关系到国家的粮食种植规划和粮油进出口计划，是与国民经济和民生息息相关的大事。储油罐通常体积庞大，难以采用直接称重的方式进行测量。若直接根据油罐的体积、油脂的液位、密度进行估算，油脂的密度随着油脂种类的不同以及温度的不同会产生变化，即使在同一个油罐中的同一种油，油脂密度分布也会随着油罐内温度分布的不均匀而变化，该变化足以导致油脂质量测量产生不可忽视的误差。然而由于油脂内部取样难、须测点数多，导致普通的便携式密度计难以精确测量油脂密度的分布，因而采用估算的方法不够准确。同时，有些地方为表现足够储油量或者应付监管机构的检查，存在往储油罐内掺水或劣质油的虚假行为。可见开发一套既能精确测量油罐内的油脂数量，又能在一定程度上判断是否存在虚假行为的便携式系统，是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储备油脂数量快速检测系统。该检测系统通过检测到的数据，计算出储油罐中油脂的总体积、掺水体积、密度分布等信息，进而可精确得到储油罐中实际油脂的质量。

本发明是这样实现的，一种储备油脂数量快速检测系统，其用于检测储油罐(10)内的储备油脂数量，该储备油脂数量快速检测系统包括一个非接触式液位检测节点(20)、多个温度液位检测节点(30)、一个便携式密度检测节点(40)、一个数据终端(50)；数据终端(50)通过无线或有线通信方式与非接触式液位检测节点(20)、温度液位检测节点(30)、便携式密度检测节点(40)进行通信；每个温度液位检测节点(30)包括MCU模块(1)、温度检测模块(2)、磁阻检测模块(3)、电容检测模块(4)、中空浮子管(5)、防护塑料管(6)、铁磁浮子(7)；MCU模块(1)与温度检测模块(2)、磁阻检测模块(3)、电容检测模块(4)相连接，铁磁浮子(7)安装在中空浮子管(5)内，温度检测模块(2)、磁阻检测模块(3)、电容检测模块(4)均安装在防护塑料管(6)内，温度检测模块(2)有多个等距分布的温度传感器，磁阻检测模块(3)有多个等距分布的磁阻传感器，电容检测模块(4)安装在防护塑料管(6)底部。MCU模块(1)包括单片机U1及其相应的外围辅助电路，单片机U1与温度检测模块(2)、磁阻检测模块(3)、电容检测模块(4)均连接。优选地，单片机U1为MSP430G2553芯片，单片机U1的外围辅助电路包括晶振X1、电阻R1～R3、电容C1；单片机U1的1脚接工作电源，并通过电容C1接地；单片机U1的18脚通过晶振X1与单片机U1的19脚相连；单片机U1的5脚、14脚和15脚分别通过电阻R1、电阻R2、电阻R3接工作电源；单片机U1的20脚接地；单片机U1的P1.3口与温度检测模块(2)相连接，单片机U1的P1.6、P1.7口与磁阻检测模块(3)相连接，单片机U1的P2.0、P2.1口与电容检测模块(4)相连接。

作为上述方案的进一步改进，温度检测模块(2)包括均与单片机U1的P1.3口连接的四个相同的温度传感器U2～U5。优选地，温度传感器U2～U5均为DS18B20芯片，温度传感器U2～U5的2脚相互连后与单片机U1的P1.3口相连接。

作为上述方案的进一步改进，磁阻检测模块(3)包括四个相同的磁阻传感器U6～U9及其相应的外围辅助电路，磁阻传感器U6～U9均连接单片机U1的P1.6、P1.7口。优选地，磁阻传感器U6～U9均为HMC5833芯片，磁阻传感器U6～U9的外围辅助电路包括电容C2～C9，其中电容C2、电容C4、电容C6、电容C8为电解电容；磁阻传感器U6～U9的1脚相互连接后与单片机U1的P1.6口相连接，磁阻传感器U6～U9的16脚相互连接后与单片机U1的P1.7口相连接；磁阻传感器U6的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C3与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C2的正极，C2的负极接地；磁阻传感器U7的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C5与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C4的正极，C4的负极接地；磁阻传感器U8的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C7与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C6的正极，C6负极接地；磁阻传感器U9的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C9与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C8的正极，C8的负极接地。

作为上述方案的进一步改进，电容检测模块(4)包括放大器U10、电阻R4～R7、三极管T2、电容C10～C11、电容传感器Cx；电阻R4的一端与单片机U1的P2.0口相连接，电阻R4的另一端与三极管T2的基极相连接，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极通过电阻R6与电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端接该工作电源；电阻R5～R6的公共端通过电容C10接地，同时与电容传感器Cx的一端相连接；电容传感器Cx的另一端通过电容C11接地，同时与放大器U10的反相端相连，放大器U10的反相端还通过电阻R7与放大器U10的输出端相连接，电阻R7与电容C12并联；放大器U10的同相端和接地端接地，放大器U10的电源端接该工作电源，放大器U10的输出端与单片机U1的P2.1口相连接。优选地，放大器U10为OPA365芯片。

本发明的储备油脂数量快速检测系统检测快速、可随身携带，适合政府监管机构对粮库的储油状况进行检查时使用。本发明具有的有益效果是：1、快速检测储油罐中油脂的总体积；2、快速检测储油罐中油脂是否掺水及掺水体积；3、快速检测储油罐中油脂的密度分布；4、快速检测储油罐中油脂的数量；5、检测系统内各部分可采用无线或有线的方式进行通信，可随身携带。

附图说明

图1是本发明的总体架构图。

图2是本发明的系统工作原理图。

图3是本发明的温度液位检测节点示意图。

图4是本发明的温度液位检测节点电路框图。

图5是本发明的温度液位检测节点电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-4所示，本实施方式的储备油脂数量快速检测系统用于检测储油罐(10)内的储备油脂数量。储备油脂数量快速检测系统包括一个非接触式液位检测节点20、多个温度液位检测节点30、一个便携式密度检测节点40、一个数据终端50。数据终端50可通过无线或有线通信方式与非接触式液位检测节点20、温度液位检测节点30、便携式密度检测节点进行通信40。

温度液位检测节点30包括MCU模块1、温度检测模块2、磁阻检测模块3、电容检测模块4、中空浮子管5、防护塑料管6、铁磁浮子7。MCU模块1与温度检测模块2、磁阻检测模块3、电容检测模块4相连接，铁磁浮子7安装在中空浮子管5内，温度检测模块2、磁阻检测模块3、电容检测模块4均安装在防护塑料管6内，温度检测模块2有多个等距分布的温度传感器，磁阻检测模块3有多个等距分布的磁阻传感器，电容检测模块4安装在防护塑料管6底部。

由于油和水有着明显不同的电容特性，因此对于检测油脂60中是否含水70，只需在检测装置的一端配置电容传感器，检测油罐内液体电容的变化即可。而对于水位的标定，则可采用铁磁浮子的检测方法，即当检测到电容值变化时，式检测装置静止，从而通过多个磁阻传感器检测铁磁浮子的位置，进而实现对油罐内水位的标定。对于油罐内油脂在纵向的温度检测，由于油罐通常较深，为更精确的进行温度分布的建模，可以在检测装置内在纵向上分布多个温度传感器；同时，为了防止数据经过长距离的传输后失真，可以采用数字式传感器。

由于油罐体积大，内容物都为液体，且油罐的形状有多种多样，对于较小型的油罐尚可进行人工布线，但对于大型油罐则很难进行人工布线。因而为了实现检测装置更加便捷快速的检测可根据储油罐的大小、形状以及现场环境的要求，采用无线或有线通信的方式实现，其中无线通信的方式有2.4GHz、433MHz等多种通信方式供选择，如2.4GHz的通信协议有WIFI、蓝牙、ZigBee、ANT、ZWave等。

如图1-3所示，储油罐10中液体的总体积可根据储油罐10的类型对应的形状以及油脂的液位测得。储油罐10虽然有不同形状，但不同形状储油罐10的尺寸有相关标准，因而储油罐10内油脂液位和油脂总体积可建立相关模型，从而将测得的液位与储油罐10类型作为模型输入条件，即可算出液体总体积。因此非接触式液位检测节点20可检测出储油罐10内液体的总体积。考虑到储油罐10中掺水则难以实现油脂体积的准确测量，温度液位检测节点30中的磁阻检测模块3、电容检测模块4可作为辅助，鉴别储油罐10掺水的情况及测量掺水体积，最终与非接触式液位检测节点20相结合精确计算储油罐10中实际油脂的体积。

如图1-3所示，油脂的密度与油脂的种类和温度都有关系。因此油脂密度分布的测量将通过多个温度液位检测节点30中的温度检测模块2测量整个储油罐10内油脂不同位置的温度分布，同时用便携式密度检测节点40对其中一个点进行密度标定，将这两种数据相结合，从而精确测量储油罐10内的油脂密度分布。

如图1-2所示，数据终端50在一个示例中为平板电脑，其可通过各种无线或有线通信方式采集非接触式液位检测节点20、多个温度液位检测节点30、便携式密度检测节点40检测到的数据，通过油脂体积计算和密度分布计算，最终得出储油罐10油脂的数量，并通过用户界面实现检测的控制和结果输出。

如图1所示，非接触式液位检测节点20在一个示例中为超声波液位计，如FLOWLINE LU20；便携式密度检测节点40在一个示例中为便携式密度计，如安东帕DMA35。

图5为温度液位检测节点30的电路图，包括MCU模块1、温度检测模块2、磁阻检测模块3、电容检测模块4。

MCU模块1包括单片机U1及其相应的外围辅助电路，单片机U1与温度检测模块2、磁阻检测模块3、电容检测模块4均连接。单片机U1在本实施方式中为MSP430G2553芯片，单片机U1的外围辅助电路包括晶振X1、电阻R1～R3、电容C1。单片机U1的1脚接工作电源(在本实施方式中，为3V电源)，并通过电容C1接地；单片机U1的18脚通过晶振X1与单片机U1的19脚相连；单片机U1的5脚、14脚和15脚分别通过电阻R1、电阻R2、电阻R3接工作电源；单片机U1的20脚接地；单片机U1的P1.3口与温度检测模块2相连接，单片机U1的P1.6、P1.7口与磁阻检测模块3相连接，单片机U1的P2.0、P2.1口与电容检测模块4相连接。

如图5所示，温度检测模块2包括均与单片机U1的P1.3口连接的四个相同的温度传感器U2～U5。在本实施方式中，温度传感器U2～U5均为DS18B20芯片，温度传感器U2～U5的2脚相互连后与单片机U1的P1.3口相连接。

如图5所示，磁阻检测模块3包括四个相同的磁阻传感器U6～U9及其相应的外围辅助电路，磁阻传感器U6～U9均连接单片机U1的P1.6、P1.7口。在本实施方式中，磁阻传感器U6～U9均为HMC5833芯片，磁阻传感器U6～U9的外围辅助电路包括电容C2～C9，其中电容C2、电容C4、电容C6、电容C8为电解电容。

磁阻传感器U6～U9的1脚相互连接后与单片机U1的P1.6口相连接，磁阻传感器U6～U9的16脚相互连接后与单片机U1的P1.7口相连接；磁阻传感器U6的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C3与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C2的正极，C2的负极接地；磁阻传感器U7的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C5与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C4的正极，C4的负极接地；磁阻传感器U8的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C7与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C6的正极，C6负极接地；磁阻传感器U9的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C9与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C8的正极，C8的负极接地。

如图5所示，电容检测模块4包括放大器U10、电阻R4～R7、三极管T2、电容C10～C11、电容传感器Cx。电阻R4的一端与单片机U1的P2.0口相连接，电阻R4的另一端与三极管T2的基极相连接，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极通过电阻R6与电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端接该工作电源；电阻R5～R6的公共端通过电容C10接地，同时与电容传感器Cx的一端相连接；电容传感器Cx的另一端通过电容C11接地，同时与放大器U10的反相端相连，放大器U10的反相端还通过电阻R7与放大器U10的输出端相连接，电阻R7与电容C12并联；放大器U10的同相端和接地端接地，放大器U10的电源端接该工作电源，放大器U10的输出端与单片机U1的P2.1口相连接。放大器U10在本实施方式中为OPA365芯片。

本发明的工作过程如下：

数据终端50通过无线或有线通信的方式将采集指令发送到一个非接触式液位检测节点20、多个温度液位检测节点30和一个便携式密度检测节点40，非接触式液位检测节点20置于储油罐10内液体的上方，可测量储油罐10内液体的液位，并将液位值通过无线或有线通信方式传输到数据终端50，数据终端50根据该液位信息及被测储油罐10的外形尺寸计算出储油罐10内液体的总液位。

当储油罐10中掺水时，由于油脂的电容与水的电容差别很大，因而当温度液位检测节点30开始缓慢深入到储油罐10中时，当遇到水时，电容传感器的值发生变化，此时可静止温度液位检测节点，等距分布的磁阻传感器和铁磁浮子7可对水位进行精确定位。如此，即可得出储油罐10掺水的液位，最终与非接触式液位检测节点20相结合精确计算储油罐10中实际油脂的体积。

油脂的密度与油脂的种类和温度都有关系。因此油脂密度分布的测量将通过多个温度液位检测节点30测量整个储油罐10内油脂不同位置的温度分布，而每个温度液位检测节点30中等距分布的温度传感器可测量油脂不同液位的温度。便携式密度检测节点40可对其中一个液位点的油脂密度标定。将标定的密度值和温度分布数据相结合，从而可精确测量储油罐10内的油脂密度分布。

温度液位检测节点30中的U2～U5即为用于检测储油罐10内油脂纵向温度的温度传感器，磁阻传感器U6～U9即为用于定位油脂内掺水液位的磁阻传感器，电容传感器Cx即用于检测油脂是否掺水以及掺水位置的电容传感器。

每个温度液位检测节点30和便携式密度检测节点40采集到的数据通过无线或有线通信的方式反馈到数据终端50。数据终端50通过油脂体积计算和密度分布计算，最终得出储油罐10油脂的数量，并通过用户界面实现检测的控制和结果输出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种储备油脂数量快速检测系统，其用于检测储油罐(10)内的储备油脂数量，其特征在于：该储备油脂数量快速检测系统包括一个非接触式液位检测节点(20)、多个温度液位检测节点(30)、一个便携式密度检测节点(40)、一个数据终端(50)；数据终端(50)通过无线或有线通信方式与非接触式液位检测节点(20)、温度液位检测节点(30)、便携式密度检测节点(40)进行通信；每个温度液位检测节点(30)包括MCU模块(1)、温度检测模块(2)、磁阻检测模块(3)、电容检测模块(4)、中空浮子管(5)、防护塑料管(6)、铁磁浮子(7)；MCU模块(1)与温度检测模块(2)、磁阻检测模块(3)、电容检测模块(4)相连接，铁磁浮子(7)安装在中空浮子管(5)内，温度检测模块(2)、磁阻检测模块(3)、电容检测模块(4)均安装在防护塑料管(6)内，温度检测模块(2)有多个等距分布的温度传感器，磁阻检测模块(3)有多个等距分布的磁阻传感器，电容检测模块(4)安装在防护塑料管(6)底部；MCU模块(1)包括单片机U1及其相应的外围辅助电路，单片机U1与温度检测模块(2)、磁阻检测模块(3)、电容检测模块(4)均连接；单片机U1为MSP430G2553芯片，单片机U1的外围辅助电路包括晶振X1、电阻R1～R3、电容C1；单片机U1的1脚接工作电源，并通过电容C1接地；单片机U1的18脚通过晶振X1与单片机U1的19脚相连；单片机U1的5脚、14脚和15脚分别通过电阻R1、电阻R2、电阻R3接工作电源；单片机U1的20脚接地；单片机U1的P1.3口与温度检测模块(2)相连接，单片机U1的P1.6、P1.7口与磁阻检测模块(3)相连接，单片机U1的P2.0、P2.1口与电容检测模块(4)相连接。

2.如权利要求1所述的储备油脂数量快速检测系统，其特征在于：温度检测模块(2)包括均与单片机U1的P1.3口连接的四个相同的温度传感器U2～U5。

3.如权利要求2所述的储备油脂数量快速检测系统，其特征在于：温度传感器U2～U5均为DS18B20芯片，温度传感器U2～U5的2脚相互连后与单片机U1的P1.3口相连接。

4.如权利要求1所述的储备油脂数量快速检测系统，其特征在于：磁阻检测模块(3)包括四个相同的磁阻传感器U6～U9及其相应的外围辅助电路，磁阻传感器U6～U9均连接单片机U1的P1.6、P1.7口。

5.如权利要求4所述的储备油脂数量快速检测系统，其特征在于：磁阻传感器U6～U9均为HMC5833芯片，磁阻传感器U6～U9的外围辅助电路包括电容C2～C9，其中电容C2、电容C4、电容C6、电容C8为电解电容；磁阻传感器U6～U9的1脚相互连接后与单片机U1的P1.6口相连接，磁阻传感器U6～U9的16脚相互连接后与单片机U1的P1.7口相连接；磁阻传感器U6的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C3与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C2的正极，C2的负极接地；磁阻传感器U7的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C5与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C4的正极，C4的负极接地；磁阻传感器U8的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C7与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C6的正极，C6负极接地；磁阻传感器U9的2脚和14脚相连后接该工作电源，9脚和11脚相连后接地，8脚通过电容C9与12脚相连，10脚和13脚相连后接电容C8的正极，C8的负极接地。

6.如权利要求1所述的储备油脂数量快速检测系统，其特征在于：电容检测模块(4)包括放大器U10、电阻R4～R7、三极管T2、电容C10～C11、电容传感器Cx；电阻R4的一端与单片机U1的P2.0口相连接，电阻R4的另一端与三极管T2的基极相连接，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极通过电阻R6与电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端接该工作电源；电阻R5～R6的公共端通过电容C10接地，同时与电容传感器Cx的一端相连接；电容传感器Cx的另一端通过电容C11接地，同时与放大器U10的反相端相连，放大器U10的反相端还通过电阻R7与放大器U10的输出端相连接，电阻R7与电容C12并联；放大器U10的同相端和接地端接地，放大器U10的电源端接该工作电源，放大器U10的输出端与单片机U1的P2.1口相连接。

7.如权利要求6所述的储备油脂数量快速检测系统，其特征在于：放大器U10为OPA365芯片。