CN106770391A - 一种水面油膜的检测系统和检测方法 - Google Patents

一种水面油膜的检测系统和检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水面油膜的检测系统和检测方法，包括：漂浮壳体和设置在漂浮壳体内部的工作模块；漂浮壳体内表面设有第一铜制天线和第二铜制天线；工作模块包括：工作模块壳体及在其内部的印制电路板，其中，印制电路板包括：高频电磁波收发器、转换放大电路、电源分配模块、中央处理器和信号输出模块，其中，高频电磁波收发器、转换放大电路、中央处理器和信号输出模块分别与电源分配模块连接，高频电磁波发生器的输出端和高频电磁波接收器的输入端分别与第一铜制天线和第二铜制天线连接，高频电磁波接收器的输出端与转换放大电路连接，转换放大电路与中央处理器连接。本发明采用高频电磁波吸能技术，提高了水面油膜的检测精度和抗干扰能力。

Description

一种水面油膜的检测系统和检测方法
技术领域
本发明涉及水面油膜和油层厚度检测技术领域，特别是涉及一种水面油膜的检测系统和检测方法。
背景技术
日常生活和生产中，常需要检测水表面是否有油，或是检测油层的厚度。特别是在环保工艺中，油罐区的积水在排入公共区域时需要严格测量油层是否存在以及油层的厚度。目前，水面油膜的检测测量系统存在很多问题，例如：误报率高，精读低，维护成本高，易被水垢、水生物附着而失效，易被强光、大雾、水汽、粉尘干扰，容易被雷电损坏等，因此，提高水面油膜检测测量的精度、抗干扰能力以及延长检测系统的寿命等问题是一个具有重要意义的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水面油膜的检测系统和检测方法，用于提高水面油膜的检测精度、抗干扰能力和检测系统的使用寿命等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种水面油膜的检测系统，包括：漂浮壳体和设置在所述漂浮壳体内部的工作模块；
所述漂浮壳体内表面设有第一铜制天线和第二铜制天线；
所述工作模块包括：工作模块壳体及在其内部的印制电路PCB板，其中，
所述印制电路PCB板包括：高频电磁波发生器、高频电磁波接收器、转换放大电路、电源分配模块、中央处理器和信号输出模块，其中，所述高频电磁波发生器、所述高频电磁波接收器、所述转换放大电路、所述中央处理器和所述信号输出模块分别与所述电源分配模块连接，所述高频电磁波发生器的输出端和所述高频电磁波接收器的输入端分别与所述第一铜制天线和所述第二铜制天线连接，所述高频电磁波接收器的输出端与所述转换放大电路连接，所述转换放大电路与所述中央处理器连接，所述中央处理器与所述信号输出模块连接。
本发明的有益效果是：本发明采用高频电磁波发生器和高频电磁波接收器，可根据高频电磁波发生器发射并传输至第二铜制天线的高频电磁波的能量值来判断水面是否有油膜存在以及线性计算得到油膜的厚度，其中，高频电磁波发生器和高频电磁波接收器构成高频电磁波收发器。该检测系统可极大提高水面油膜(即液态碳氢化合物)的检测精度和对环境的抗干扰能力，能够检测到油膜的最小油膜厚度可达0.25mm，并能连续测量油膜厚度达到30mm以上。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述漂浮壳体，由聚四氟乙烯或聚丙烯或工业尼龙一体成型制得，且外表面涂有憎油憎水抗腐蚀的高分子材料。
进一步，所述工作模块壳体，由聚四氟乙烯或聚丙烯或工业尼龙一体成型制得，且外表面涂有憎油憎水抗腐蚀的高分子材料。
本发明进一步的有益效果是：水面油膜检测系统中漂浮壳体和工作模块壳体均采用聚四氟乙烯或聚丙烯或工业尼龙一体成型，提高了系统的抗冲击能力。另外，壳体的外表面还均涂有憎油憎水抗腐蚀的高分子材料涂层，避免水垢和微生物的附着而降低检测精度，进一步提高了系统对于环境的抗干扰能力。
进一步，所述工作模块还包括：超声波振动模块；所述超声波振动模块与所述电源分配模块连接。
本发明进一步的有益效果是：中央处理器与电源分配模块连接，电源分配模块又与超声波振动模块连接，通过中央处理器控制超声波振动模块的工作，实现超声波振动模块能够定时开启超声振动清洗模式，极大的减少了日常人工维护量。
进一步，所述工作模块通过O型圈和螺纹盖固定于所述漂浮壳体的内部，其中，所述螺纹盖置于所述O型圈的外表面。
本发明进一步的有益效果是：O型圈起着密封作用，螺纹盖用于压紧O型圈。该水面油膜的检测系统中的工作模块可以随时取出和安装，便于工作模块的维护和更换，保障了检测系统的测量精度和工作效率。
进一步，所述中央处理器包括：信号处理单元，用以实现数模转换。
本发明还提供了一种基于上述的水面油膜的检测系统的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：被测液体为水，且所述第二铜制天线位于水位以下且所述第一铜制天线位于水位以上时，所述高频电磁波发生器发射第一高频电磁波并传输至所述第一铜制天线；
步骤二：所述第一铜制天线接收到的所述第一高频电磁波经由水的吸收后传输至所述第二铜制天线，并产生第二高频电磁波的能量值，所述第二铜制天线将接收到的第二高频电磁波传输至所述高频电磁波接收器，所述高频电磁波接收器传输所述第二高频电磁波至所述转换放大电路，所述转换放大电路将第二高频电磁波的能量值转换为第一电信号并将所述第一电信号放大后传输至所述中央处理器，所述中央处理器接收并处理所述第一电信号，得到第一数字信号；
步骤三：所述水的表面出现油膜时，所述高频电磁波发生器再次发射第一高频电磁波并传输至所述第一铜制天线；
步骤四：所述第一铜制天线接收到的所述第一高频电磁波经由油膜和水的吸收后传输至所述第二铜制天线，并产生第三高频电磁波的能量值，所述第二铜制天线将接收到的第三高频电磁波传输至所述高频电磁波接收器，所述高频电磁波接收器传输所述第三高频电磁波至所述转换放大电路，所述转换放大电路将第三高频电磁波的能量值转换为第二电信号并将所述第二电信号放大后传输至所述中央处理器，所述中央处理器接收并处理所述第二电信号，得到第二数字信号；
步骤五：所述中央处理器根据所述第一数字信号和所述第二数字信号计算得到油膜的厚度并将所述油膜厚度经所述信号输出模块输出；或者，所述中央处理器分别将第一数字信号和第二数字信号经所述信号输出模块传输至外接设备，所述外接设备根据所述第一数字信号和所述第二数字信号计算得到油膜的厚度。
本发明的有益效果是：本发明采用高频电磁波发生器和高频电磁波接收器，在第一铜制天线和第二铜制天线分别位于被测液体的液面上部和液面下部时，由于水和油对于电磁波能量的吸收率不同，高频电磁波发生器发射的第一高频电磁波经由水传输而损失的能量值和经由表面有油膜的水传输而损失的能量值不同，且油膜越厚，损失的能量值越小，因此，通过中央处理器处理得到的代表第一高频电磁波经由水而传输至第二铜制天线的第二高频电磁波的能量值的数字信号和代表第一高频电磁波经由表面有油膜的水而传输至第二铜制天线的第三高频电磁波的能量值的数字信号之间的差值来判断被测液面是否有油膜存在以及线性计算油膜的厚度，该检测方法可称之为高频电磁波能量吸收法。该检测系统采用高频电磁波吸能技术，可极大提高水面油膜(即液态碳氢化合物)的检测精度和对环境的抗干扰能力，能够检测到油膜的最小油膜厚度可达0.25mm，并能连续测量油膜厚度达到30mm以上。
进一步，所述中央处理器定时向所述电源分配模块发送清洗指令，所述电源分配模块接收清洗指令并向所述超声波振动模块供电，所述超声波振动模块开启。
本发明的进一步有益效果是：对中央处理器进行清洗预设，通过控制电源分配模块来控制超声波振动模块的工作。同时可以预设定时清洗，实现超声波振动模块的定时开启，极大的减少了日常人工维护量。
进一步，所述油为液态碳氢化合物。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种水面油膜的检测系统的示意性结构图；
图2为本发明实施例所述的一种水面油膜的检测装置的示意性结构剖面图；
图3为图2中所述的一种水面油膜的检测装置的示意性结构俯视图；
图4为本发明实施例所述的一种基于图2和图3中所示的水面油膜的检测装置的检测方法的流程示意图；
图5为本发明实施例所述的基于图4所示的水面油膜检测方法中的水面油膜的检测装置的位置示意图。
附图中，各标号所代表的元件列表如下：1、漂浮壳体，2、工作模块，3、第一铜制天线，4、第二铜制天线，5、印制电路PCB板，6、超声波振动模板，7、工作模块壳体，8、高频电磁波发生器，9、高频电磁波接收器，10、转换放大电路，11、电源分配模块，12、中央处理器，13、信号输出模块，14、霍尔传感器，15、装置盖子，16、电缆填料函，17、电缆，18、O型圈，19、pin阵，20、第一浮子，21、第二浮子，22、螺纹盖，23、支架挂圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种水面油膜的检测系统，包括：漂浮壳体1和设置在漂浮壳体1内部的工作模块2；该漂浮壳体1内表面设有第一铜制天线3和第二铜制天线4；该工作模块2包括：工作模块壳体7及在其内部的印制电路PCB板5，其中，印制电路PCB板5包括：高频电磁波发生器8、高频电磁波接收器9、转换放大电路10、电源分配模块11、中央处理器12和信号输出模块13，其中，高频电磁波发生器8、高频电磁波接收器9、转换放大电路10、中央处理器12和信号输出模块13分别与电源分配模块11连接，高频电磁波发生器8的输出端和高频电磁波接收器9的输入端分别通过铜制天线与第一铜制天线3和第二铜制天线4连接，高频电磁波接收器9的输出端与转换放大电路10连接，转换放大电路与中央处理器12连接，中央处理器12与信号输出模块13连接。
需要说明的是，高频电磁波发生器8和高频电磁波接收器9构成高频电磁波收发模块；漂浮壳体1和工作模块壳体7均是由聚四氟乙烯一体成型制得，且外表面均涂有憎油憎水抗腐蚀的高分子材料，其中，在该实施例中，憎油憎水抗腐蚀的高分子材料为特氟龙材料，该特氟龙材料由聚四氟乙烯制得，另外，工作模块2还包括：超声波振动模块6；该超声波振动模块6与电源分配模块11连接。
本系统采用高频电磁波发生器和高频电磁波接收器，可根据高频电磁波发生器发射并传输至第二铜制天线的高频电磁波的能量值来判断水面是否有油膜存在以及线性计算得到油膜的厚度。该检测系统可极大提高水面油膜(即液态碳氢化合物)的检测精度和对环境的抗干扰能力。其中，漂浮壳体和工作模块壳体均采用聚四氟乙烯或聚丙烯或工业尼龙一体成型，提高了系统的抗冲击能力；壳体的外表面还均涂有特氟龙(聚四氟乙烯)涂层，避免水垢和微生物的附着而降低检测精度，进一步提高了系统对于环境的抗干扰能力；中央处理器与电源分配模块连接，电源分配模块又与超声波振动模块连接，通过中央处理器控制超声波振动模块的工作，实现超声波振动模块的定时开启超声振动清洗模式，极大的减少了日常人工维护量。
如图2所示的基于以上水面油膜检测系统而设计的一种水面油膜的检测装置，包括：漂浮壳体1、设置在漂浮壳体1内部的工作模块2、霍尔传感器14、装置盖子15、电缆填料函16、四芯电缆17、O型圈18、pin阵19、第一浮子20，第二浮子21，螺纹盖22和支架挂圈23。其中，
漂浮壳体1内表面设有第一铜制天线3和第二铜制天线4，且漂浮壳体1上部有4个凹槽，该四个凹槽分别置有为整个装置起着漂浮作用的第一浮子20、第二浮子21、第三浮子(图中未示出)和第四浮子(图中未示出)；工作模块2包括：工作模块壳体7及在其内部的印制电路PCB板5，其中，印制电路PCB板5内部包括的部件以及各部件之间的连接关系如图1所示，印制电路PCB板5包括：高频电磁波发生器8、高频电磁波接收器9、转换放大电路10、电源分配模块11、中央处理器12和信号输出模块13，其中，高频电磁波发生器8、高频电磁波接收器9、转换放大电路10、中央处理器12和信号输出模块13分别与电源分配模块11连接，高频电磁波发生器8的输出端和高频电磁波接收器9的输入端分别通过铜制天线与第一铜制天线3和第二铜制天线4连接，高频电磁波接收器9的输出端与转换放大电路10连接，转换放大电路10与中央处理器12连接，中央处理器12与信号输出模块13连接；装置盖子15由金属制成；霍尔传感器14与转换放大电路10连接，还与电源分配模块11连接；电缆填料函16置于装置盖子15的中间位置的上部；四芯电缆17的一端与信号输出模块13连接，另一端穿过工作模块壳体7和装置盖子15以及电缆填料函16与外部设备连接，电缆填料函16拧紧将电缆固定。
需要说明的是，高频电磁波发生器8和高频电磁波接收器9构成高频电磁波收发器；漂浮壳体1和工作模块壳体7均是由聚四氟乙烯一体成型制得，且外表面涂有特氟龙(聚四氟乙烯)；工作模块2，通过0型圈18密封和螺纹盖22压紧而固定于漂浮壳体1内部，以便更换或维修；第一铜制天线3和第二铜制天线4，通过金属pin针19穿过工作模块壳体7，并分别与高频电磁波发生器8的第一输出端和高频电磁波接收器9的输入端连接；电缆填料函16为PG7型号；装置盖子15内含有螺纹，用于固定于漂浮壳体1上；中央处理器12包括信号处理单元，用以实现数模转换；另外，在该实施例中，霍尔传感器14也可以使用磁簧开关(干簧管Reed Sensor)来替换，支架挂圈23安装于装置盖子15的边缘，用于固定检测装置。
本系统采用高频电磁波发生器和高频电磁波接收器，可根据高频电磁波发生器发射并传输至第二铜制天线的高频电磁波的能量值来判断水面是否有油膜存在以及线性计算得到油膜的厚度。该检测系统可极大提高水面油膜(即液态碳氢化合物)的检测精度和对环境的抗干扰能力。另外，漂浮壳体采用聚四氟乙烯一体成型，提高了系统的抗冲击能力，壳体的外表面还均涂有憎油憎水抗腐蚀的高分子材料涂层，避免水垢和微生物的附着而降低检测精度，进一步提高了系统对于环境的抗干扰能力。同时，中央处理器与电源分配模块连接，电源分配模块又与超声波振动模块连接，通过中央处理器控制超声波振动模块的工作，实现超声波振动模块的定时开启超声振动清洗模式，极大的减少了日常人工维护量。
如图4所示的一种基于图2和图3所示的水面油膜的检测装置的检测方法，包括：
110，被测液体为水，且第二铜制天线4位于水位以下且第一铜制天线3位于水位以上时，高频电磁波发生器8发射第一高频电磁波并传输至第一铜制天线3。
具体地，在该实施例中，当第二铜制天线4位于水位以下且第一铜制天线3位于水位以上的中间指定位置时，霍尔传感器13向转换放大电路10发送到达信号。到达信号经转换放大电路10放大并传输至中央处理器12。中央处理器12对接收的放大的到达信号进行数模转换，并向高频电磁波发生器8发送发射指令，此时，水面油膜检测装置悬浮于被测液体表面且处于正常状态，如图5所示，图中波浪线代表被测液体表面。高频电磁波发生器8发射第一高频电磁波，该第一高频电磁波经铜制天线传输至第一铜制天线3。
120，第一铜制天线3接收到的第一高频电磁波经由水的吸收后传输至第二铜制天线4，并产生第二高频电磁波的能量值，第二铜制天线4将接收到的第二高频电磁波传输至高频电磁波接收器9，高频电磁波接收器9传输第二高频电磁波至转换放大电路10，转换放大电路10将第二高频电磁波的能量值转换为第一电信号并将该第一电信号放大后传输至中央处理器12，中央处理器12接收并处理第一电信号，得到第一数字信号。
130，水的表面出现油膜时，高频电磁波发生器8再次发射第一高频电磁波并传输至第一铜制天线3。
140，第一铜制天线3接收到的第一高频电磁波经由油膜和水的吸收后传输至第二铜制天线4，并产生第三高频电磁波的能量值，第二铜制天线4将接收到的第三高频电磁波传输至高频电磁波接收器9，高频电磁波接收器9传输第三高频电磁波至转换放大电路10，转换放大电路10将第三高频电磁波的能量值转换为第二电信号并将该第二电信号放大后传输至中央处理器12，中央处理器12接收并处理第二电信号，得到第二数字信号。
150，中央处理器12根据第一数字信号和第二数字信号计算得到油膜的厚度并将油膜厚度经信号输出模块13输出。。
具体地，在该实施例中，中央处理器12也可以分别将第一数字信号和第二数字信号经信号输出模块13传输至外接设备，外接设备根据第一数字信号和第二数字信号计算得到油膜的厚度，其中，外接设备可包括上位机或其他处理器。
采用高频电磁波发生器和高频电磁波接收器，高频电磁发生器发射的第一高频电磁波经由水传输而损失的能量值和经由表面有油膜的水传输而损失的能量值不同，且油膜越厚，损失的能量值越小，因此，通过中央处理器处理得到的代表第一高频电磁波经由水而传输至第二铜制天线的第二高频电磁波的能量值的数字信号和代表第一高频电磁波经由表面有油膜的水而传输至第二铜制天线的第三高频电磁波的能量值的数字信号之间的差值来判断被测液面是否有油膜存在以及线性计算油膜的厚度，该检测方法可称之为高频电磁波能量吸收法。该检测系统采用高频电磁波吸能技术，可极大提高水面油膜(即液态碳氢化合物)的检测精度和对环境的抗干扰能力，能够检测到油膜的最小油膜厚度可达0.25mm，并能连续测量油膜厚度达到30mm以上。同时，对中央处理器进行预设，通过控制电源分配模块来控制超声波振动模块的工作，另外，还可以预设定时清洗，实现超声波振动模块的定时开启，极大的减少了日常人工维护量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水面油膜的检测系统，其特征在于，包括：漂浮壳体(1)和设置在所述漂浮壳体(1)内部的工作模块(2)；
所述漂浮壳体(1)内表面设有第一铜制天线(3)和第二铜制天线(4)；
所述工作模块(2)包括：工作模块壳体(7)及在其内部的印制电路PCB板(5)，其中，
所述印制电路PCB板(5)包括：高频电磁波发生器(8)、高频电磁波接收器(9)、转换放大电路(10)、电源分配模块(11)和中央处理器(12)，信号输出模块(13)，其中，所述高频电磁波发生器(8)、所述高频电磁波接收器(9)、所述转换放大电路(10)、所述中央处理器(12)和所述信号输出模块(13)分别与所述电源分配模块(11)连接，所述高频电磁波发生器(8)的输出端和所述高频电磁波接收器(9)的输入端分别与所述第一铜制天线(3)和所述第二铜制天线(4)连接，所述高频电磁波接收器(9)的输出端与所述转换放大电路(10)连接，所述转换放大电路(10)与所述中央处理器(12)连接，所述中央处理器(12)与所述信号输出模块(13)连接。
2.根据权利要求1所述的一种水面油膜的检测系统，其特征在于，所述漂浮壳体(1)，由聚四氟乙烯或聚丙烯或工业尼龙一体成型制得，且外表面涂有憎油憎水抗腐蚀的高分子材料。
3.根据权利要求1所述的一种水面油膜的检测系统，其特征在于，所述工作模块壳体(7)，由聚四氟乙烯或聚丙烯或工业尼龙一体成型制得，且外表面涂有憎油憎水抗腐蚀的高分子材料。
4.根据权利要求1所述的一种水面油膜的检测系统，其特征在于，所述工作模块(2)还包括：超声波振动模块(6)；所述超声波振动模块(6)与所述电源分配模块连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种水面油膜的检测系统，其特征在于，所述工作模块(2)通过O型圈和螺纹盖固定于所述漂浮壳体(1)的内部，其中，所述螺纹盖置于所述O型圈外表面。
6.根据权利要求5所述的一种水面油膜的检测系统，其特征在于，所述中央处理器(12)包括：信号处理单元，用以实现数模转换。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的水面油膜的检测系统的检测方法，其特征在于，包括：
步骤一：被测液体为水，且所述第二铜制天线(4)位于水位以下且所述第一铜制天线(3)位于水位以上时，所述高频电磁波发生器(8)发射第一高频电磁波并传输至所述第一铜制天线(3)；
步骤二：所述第一铜制天线(3)接收到的所述第一高频电磁波经由水的吸收后传输至所述第二铜制天线(4)，并产生第二高频电磁波的能量值，所述第二铜制天线(4)将接收到的第二高频电磁波传输至所述高频电磁波接收器(9)，所述高频电磁波接收器(9)传输所述第二高频电磁波至所述转换放大电路(10)，所述转换放大电路(10)将第二高频电磁波的能量值转换为第一电信号并将所述第一电信号放大后传输至所述中央处理器(12)，所述中央处理器(12)接收并处理所述第一电信号，得到第一数字信号；
步骤三：所述水的表面出现油膜时，所述高频电磁波发生器(8)再次发射第一高频电磁波并传输至所述第一铜制天线(3)；
步骤四：所述第一铜制天线(3)接收到的所述第一高频电磁波经由油膜和水的吸收后传输至所述第二铜制天线(4)，并产生第三高频电磁波的能量值，所述第二铜制天线(4)将接收到的第三高频电磁波传输至所述高频电磁波接收器(9)，所述高频电磁波接收器(9)传输所述第三高频电磁波至所述转换放大电路(10)，所述转换放大电路(10)将第三高频电磁波的能量值转换为第二电信号并将所述第二电信号放大后传输至所述中央处理器(12)，所述中央处理器(12)接收并处理所述第二电信号，得到第二数字信号；
步骤五：所述中央处理器(12)根据所述第一数字信号和所述第二数字信号计算得到油膜的厚度并将所述油膜厚度经所述信号输出模块(13)输出；或者，所述中央处理器(12)分别将第一数字信号和第二数字信号经所述信号输出模块(13)传输至外接设备，所述外接设备根据所述第一数字信号和所述第二数字信号计算得到油膜的厚度。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述中央处理器(12)定时向所述电源分配模块(11)发送清洗指令，所述电源分配模块(11)接收清洗指令并向所述超声波振动模块(6)供电，所述超声波振动模块(6)开启。
9.根据权利要求7或8所述的检测方法，其特征在于，其特征在于，所述油为液态碳氢化合物。
CN201611122586.4A 2016-12-08 2016-12-08 一种水面油膜的检测系统和检测方法 Active CN106770391B (zh)

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