CN113204256A - 一种界面智能检查仪的光电转换电路及温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于油品界面智能检查仪的光电转换电路及其温度控制方法，所述光电转换电路包括光源敏感元件、可调恒流源电路、光电信号隔离放大电路和信号调理电路；所述可调恒流源电路与所述光电信号隔离放大电路进行电连接；所述光电信号隔离放大电路与所述光源敏感元件进行电连接；所述信号调理电路分别与所述可调恒流源电路和光电信号隔离放大电路进行电连接。通过可调恒流源电路有效提高电流的控制精度和电流稳定性，结合所述光电转换电路的整体结构，能够有效提高光电转换电路的输出光源强度的一致性和光电转换运行的稳定性。再利用闭环温度控制方法有效提高了光电转换电路周围的温度，进一步增加了信号的稳定性。

Description

一种界面智能检查仪的光电转换电路及温度控制方法

技术领域

本发明属于智能检测设备技术领域，具体的本发明属于油品界面智能检查仪领域。

背景技术

成品油管道一般采用顺序输送多种油品，相邻批次油品之间必然产生混油，混油段的跟踪和混油量的控制是成品油管道的关键技术，特别是在地形复杂、高差起伏大的地区建成的成品油管道，其混油特性、工艺过程控制及运行管理更为复杂，且混油处理、贬值存在经济损失。

现在世界各大管道公司都采用适用于所辖成品油管道的混油计算公式，目前还没有公认的与实际完全相符的混油计算公式。所以精密度较高的混油界面检测装置就变得极为重要，如果能够准确检测计算准确与否则变的不再那么重要。

为了准确检测混油界面，人们尝试过密度法、也尝试过精度较高的透射光法，天津大学还提出了一种基于能流比的管道界面检测仪的研究，但是这些检测方法都存在混油界面检测性能差，尤其密度法检测响应慢，对密度本就区分不大的油品区分能力差。光学界面检测相对于密度测试更有优越性，但是现有光学界面检测装置及检测方法光电转换电路稳定性较低、输出光源强度一致性较差。

发明内容

本发明提供了一种界面智能检查仪的光电转换电路及温度控制方法，用以解决油品界面智能检查仪实际应用过程中光电转换电路稳定性较低、输出光源强度一致性较差的问题，通过不断研究发现输出光源强度一致性较差的原因来自于发光器件(半导体激光器)对温度变化较敏感，一般情况下，温度会影响发光器件的发光波长、发光强度及寿命等，从而影响反射光强的大小，对信号的准确判断非常不利，因此恒温的环境对方法的应用非常重要。

本发明对油品界面智能检查仪的控制箱中恒温区做了加热、内循环及保温隔热处理，并在半导体激光器附近设有温度检测芯片，可得到恒温区实时温度，根据该温度和设定温度，采用闭环温度控制算法，调节PWM输出百分比，从而控制加热器的通断，最终使该区域处于恒温状态。再结合配套的光电转换电路提高光电转换电路稳定性和输出光源强度一致性，具体的，所采取的的技术方案如下：

本发明提出的一种应用于油品界面智能检查仪的光电转换电路，所述光电转换电路包括光源敏感元件、可调恒流源电路、光电信号隔离放大电路和信号调理电路；所述可调恒流源电路与所述光电信号隔离放大电路进行电连接；所述光电信号隔离放大电路与所述光源敏感元件进行电连接；所述信号调理电路分别与所述可调恒流源电路和光电信号隔离放大电路进行电连接。

进一步地，所述可调恒流源电路包括第一恒流源电路和第二恒流源电路；所述第一恒流源电路和第二恒流源电路通过跳线焊盘进行跳线连接。

进一步地，所述第一恒流源电路与第二恒流源电路的电路结构相同。

进一步地，所述第一恒流源电路和第二恒流源电路均为以ADG409BR芯片为核心的电源电路结构。

进一步地，所述可调恒流源电路还包括开关稳压电路；所述开关稳压电路分别与所述第一恒流源电路和第二恒流源电路进行电连接。

进一步地，所述开关稳压电路以TPS54060ADRCT芯片为核心的电路结构。

进一步地，所述光电信号隔离放大电路包括第一隔离放大电路和第二隔离放大电路；所述第一隔离放大电路与第一恒流源电路进行电连接；所述第二隔离放大电路与第二恒流源电路进行电连接。

进一步地，所述第一隔离放大电路和第二隔离放大电路的电路结构相同。所述第一隔离放大电路和第二隔离放大电路的输出端通过跳线焊盘进行跳线连接。

进一步地，所述光电转换电路还包括温度控制电路，用于给所述光电转换电路提供恒定温度；

所述温度控制电路采用常闭式温控开关，所述油品界面智能检查仪运行时，所述常闭式温控开关正常工作，当所述油品界面智能检查仪的温度低于预先设置的温度值时，所述常闭式温控开关迅速打开，对所述油品界面智能检查仪内部进行加热，使所述油品界面智能检查仪的光源及光敏器件始终保持在恒定的温度下；所述光电转换电路还包括光纤收发接口，所述光纤收发接口是光信号的收发器件，并与光纤进行直接连接；所述光纤收发接口将发光器件信号输出至光纤探头，并将光纤探头采集到的信号转换成光电流信号传回光电转换电路。

进一步地，所述光电转换电路还包括光纤收发接口，所述光纤收发接口是光信号的收发器件，并与光纤进行直接连接；所述光纤收发接口将发光器件信号输出至光纤探头，并将光纤探头采集到的信号转换成光电流信号传回光电转换电路。

本发明还提供了一种应用于油品界面智能检查仪温度控制方法，光电转换电路周围设有加热模块、内循环模块和保温隔热材料，并在检查仪的光电器件附近位置设计有温度采集电路，采用加热模块、内循环模块、温度采集电路配合温度控制方法进行温度控制，温度控制方法为闭环温度控制控制方法。

进一步地，本发明所述闭环温度控制方法包括如下步骤：

(1)初始化闭环控制参数，包括算法输出值Output(k)、本次误差e(k)、上次误差e(k-1)及累计误差和ErrSum，其值都为0，其中输出值Output(k)单位为％，初始化输出最大值OutMax为100、输出最小值OutMin为30，单位为％，设置闭环控制参数Kp、Ki、Kd。

(2)当到达检测周期时采集光电转换电路周围温度ADT，并获取外部输入的设定温度SetT，再将设定温度SetT与采集温度ADT进行对比。

(3)如果设定温度SetT与采集温度ADT差值小于0.15℃，则调整算法输出值为0％，加热器完全关闭停止加热。

(4)如果设定温度SetT与采集温度ADT差值大于7℃，则调整算法输出值为100％，加热器完全打开采取全功率加热。

(5)如果设定温度SetT与采集温度ADT差值在7℃到0.15℃之间，根据PID算法计算输出值Output(k)。

(6)若计算输出值Output(k)大于OutMax，则让输出值按照OutMax输出，即100％，若计算输出值Output(k)小于OutMin，则让输出值按照OutMin输出，即30％。

(7)根据输出值Output(k)调节PWM占空比，输出控制信号，控制加热器全功率或间歇性工作，最终实现温度控制。

更进一步，本发明所述检测周期为300s。

本发明有益效果：

本发明提出的一种应用于油品界面智能检查仪的光电转换电路及其控制方法，通过可调恒流源电路有效提高电流的控制精度和电流稳定性，结合所述光电转换电路的整体结构，能够有效提高光电转换电路的输出光源强度的一致性和光电转换运行的稳定性。再利用闭环温度控制方法有效提高了光电转换电路周围的温度，进一步增加了信号的稳定性。同时，所述光电转换电路能够有效提高所述油品界面智能检查仪在实际工业领域的实用性，有效提高油品物理参数检测的精度和准确度。

附图说明

图1为本发明所述可调恒流源电路和光电信号隔离放大电路的电路原理图一；

图2为本发明所述可调恒流源电路和光电信号隔离放大电路的电路原理图二；

图3为本发明所述开关稳压电路的电路原理图；

图4为本发明所述温度控制电路的电路原理图；

图5为本发明温度控制流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

以下实施方式中所用材料、仪器和方法，未经特殊说明，均为本领域常规材料、仪器和方法，均可通过商业渠道获得。

实施例一：本发明应用于油品界面智能检查仪的光电转换电路

本发明提供了一种应用于油品界面智能检查仪的光电转换电路，用以解决油品界面智能检查仪实际应用过程中光电转换电路稳定性较低、光源强度一致性较差的问题。

本发明实施例提出的一种应用于油品界面智能检查仪的光电转换电路，如图1至图4所示，所述光电转换电路包括光源敏感元件、可调恒流源电路、光电信号隔离放大电路和信号调理电路；所述可调恒流源电路与所述光电信号隔离放大电路进行电连接；所述光电信号隔离放大电路与所述光源敏感元件进行电连接；所述信号调理电路分别与所述可调恒流源电路和光电信号隔离放大电路进行电连接。

具体的，如图1和图2所示，所述可调恒流源电路包括第一恒流源电路和第二恒流源电路；所述第一恒流源电路和第二恒流源电路通过跳线焊盘进行跳线连接。所述第一恒流源电路与第二恒流源电路的电路结构相同。并且，所述第一恒流源电路和第二恒流源电路均为以ADG409BR芯片为核心的电源电路结构。所述光电信号隔离放大电路包括第一隔离放大电路和第二隔离放大电路；所述第一隔离放大电路与第一恒流源电路进行电连接；所述第二隔离放大电路与第二恒流源电路进行电连接。所述第一隔离放大电路和第二隔离放大电路的电路结构相同。所述第一隔离放大电路和第二隔离放大电路的输出端通过跳线焊盘进行跳线连接。其中，可调恒流源电路用于产生发光器件所需的驱动电流，本实施例的可调恒流源电路结构能够有效提高电流的控制精度和控制稳定性，进而有效提高输出光源强度的一致性和光源强度的稳定性。

光电流信号隔离放大电路是对光源敏感元件转换出的光电流信号进行放大和调理的电路，由于光电流信号本身幅值非常小，通过本实施例的电路结构的光电流信号隔离放大电路能够无有效放大光电流信号的信噪比，降低信号的失真。

信号调理电路是对输出的恒流源和输入的光电流信号进行多级滤波和调理的电路，有效提高信号传输的质量和滤波效果。

其中，所述可调恒流源电路还包括开关稳压电路；所述开关稳压电路分别与所述第一恒流源电路和第二恒流源电路进行电连接。所述开关稳压电路的电路结构如图3所示，所述开关稳压电路以TPS54060ADRCT芯片为核心的电路结构。

同时，所述光电转换电路还包括温度控制电路，用于给所述光电转换电路提供恒定温度；所述温度控制电路的电路结构如图4所示，所述温度控制电路采用常闭式温控开关，具体以TMP36FSZ芯片为核心的电路结构。所述油品界面智能检查仪运行时，所述常闭式温控开关正常工作，当所述油品界面智能检查仪的温度低于预先设置的温度值时，所述常闭式温控开关迅速打开，对所述油品界面智能检查仪内部进行加热，使所述油品界面智能检查仪的光源时钟保持在恒定的温度下。

所述光电转换电路还包括光纤收发接口，所述光纤收发接口是光信号的收发器件，并与光纤进行直接连接；所述光纤收发接口将发光器件信号输出至光纤探头，并将光纤探头采集到的信号转换成光电流信号传回光电转换电路。

本实施例提出的一种应用于油品界面智能检查仪的光电转换电路，通过可调恒流源电路有效提高电流的控制精度和电流稳定性。结合所述光电转换电路的整体结构，能够有效提高光电转换电路的输出光源强度的一致性和光电转换运行的稳定性。同时，所述光电转换电路能够有效提高所述油品界面智能检查仪在实际工业领域的实用性，有效提高油品物理参数检测的精度和准确度。

实施列二：本发明应用于油品界面智能检查仪温度控制方法

本发明还提供了一种应用于油品界面智能检查仪温度控制方法，本发明应用于油品界面智能检查仪中恒温区设有加热模块、内循环模块和保温隔热材料，并在检查仪的半导体激光器旁边设有温度检测芯片，采用加热模块、内循环模块、温度检测芯片配合温度控制方法进行温度控制，温度控制方法为闭环温度控制控制方法。

进一步地，本发明所述闭环温度控制方法包括如下步骤：

(1)初始化闭环控制参数，包括算法输出值Output(k)、本次误差e(k)、上次误差e(k-1)及累计误差和ErrSum，其值都为0，其中输出值Output(k)单位为％，初始化输出最大值OutMax为100、输出最小值OutMin为30，单位为％。设置闭环控制参数Kp、Ki、Kd。

(2)当到达检测周期时采集光电转换电路周围温度ADT，并获取外部输入的设定温度SetT，再将设定温度SetT与采集温度ADT进行对比。

(3)如果设定温度SetT与采集温度ADT差值小于0.15℃，则调整算法输出值为0％，加热器完全关闭停止加热。

(4)如果设定温度SetT与采集温度ADT差值大于7℃，则调整算法输出值为100％，加热器完全打开采取全功率加热。

(5)如果设定温度SetT与采集温度ADT差值在7℃到0.15℃之间，根据PID算法计算输出值Output(k)。

(6)若计算输出值Output(k)大于OutMax，则让输出值按照OutMax输出，即100％，若计算输出值Output(k)小于OutMin，则让输出值按照OutMin输出，即30％。

(7)根据输出值Output(k)调节PWM占空比，输出控制信号，控制加热器全功率或间歇性工作，最终实现温度控制。

更进一步，本发明所述检测周期为300s。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种应用于油品界面智能检查仪的光电转换电路，其特征在于，所述光电转换电路包括光源敏感元件、可调恒流源电路、光电信号隔离放大电路和信号调理电路；所述可调恒流源电路与所述光电信号隔离放大电路进行电连接；所述光电信号隔离放大电路与所述光源敏感元件进行电连接；所述信号调理电路分别与所述可调恒流源电路和光电信号隔离放大电路进行电连接。

2.根据权利要求1所述光电转换电路，其特征在于，所述可调恒流源电路包括第一恒流源电路和第二恒流源电路；所述第一恒流源电路和第二恒流源电路通过跳线焊盘进行跳线连接；所述第一恒流源电路与第二恒流源电路的电路结构相同；所述第一恒流源电路和第二恒流源电路均为以ADG409BR芯片为核心的电源电路结构。

3.根据权利要求2所述光电转换电路，其特征在于，所述可调恒流源电路还包括开关稳压电路；所述开关稳压电路分别与所述第一恒流源电路和第二恒流源电路进行电连接。

4.根据权利要求3所述光电转换电路，其特征在于，所述开关稳压电路以TPS54060ADRCT芯片为核心的电路结构。

5.根据权利要求2所述光电转换电路，其特征在于，所述光电信号隔离放大电路包括第一隔离放大电路和第二隔离放大电路；所述第一隔离放大电路与第一恒流源电路进行电连接；所述第二隔离放大电路与第二恒流源电路进行电连接；所述第一隔离放大电路和第二隔离放大电路的电路结构相同。

6.根据权利要求1所述光电转换电路，其特征在于，所述光电转换电路还包括温度控制电路，用于给所述光电转换电路提供恒定温度。

7.根据权利要求6所述光电转换电路，其特征在于，所述温度控制电路采用常闭式温控开关，所述油品界面智能检查仪运行时，所述常闭式温控开关正常工作，当所述油品界面智能检查仪的温度低于预先设置的温度值时，所述常闭式温控开关迅速打开，对所述油品界面智能检查仪内部进行加热，使所述油品界面智能检查仪的光源及光敏器件始终保持在恒定的温度下；所述光电转换电路还包括光纤收发接口，所述光纤收发接口是光信号的收发器件，并与光纤进行直接连接；所述光纤收发接口将发光器件信号输出至光纤探头，并将光纤探头采集到的信号转换成光电流信号传回光电转换电路。

8.一种应用于油品界面智能检查仪温度控制方法，其特征在于，光电转换电路周围设有加热模块、内循环模块和保温隔热材料，并在检查仪的光电器件附近位置设计有温度采集电路，采用加热模块、内循环模块、温度采集电路配合温度控制方法进行温度控制，温度控制方法为闭环温度控制方法。

9.如权利要求8所示的一种应用于油品界面智能检查仪温度控制方法，其特征在于，所述闭环温度控制方法包括如下步骤：

(1)初始化闭环控制参数，包括算法输出值Output(k)、本次误差e(k)、上次误差e(k-1)及累计误差和ErrSum，其值都为0，其中输出值Output(k)单位为％，初始化输出最大值OutMax为100、输出最小值OutMin为30，单位为％，设置闭环控制参数Kp、Ki、Kd；

(2)当到达检测周期时采集光电转换电路周围温度ADT，并获取外部输入的设定温度SetT，再将设定温度SetT与采集温度ADT进行对比；

(3)如果设定温度SetT与采集温度ADT差值小于0.15℃，则调整算法输出值为0％，加热器完全关闭停止加热；

(4)如果设定温度SetT与采集温度ADT差值大于7℃，则调整算法输出值为100％，加热器完全打开采取全功率加热；

(5)如果设定温度SetT与采集温度ADT差值在7℃到0.15℃之间，根据PID算法计算输出值Output(k)；

(6)若计算输出值Output(k)大于OutMax，则让输出值按照OutMax输出，即100％，若计算输出值Output(k)小于OutMin，则让输出值按照OutMin输出，即30％；

(7)根据输出值Output(k)调节PWM占空比，输出控制信号，控制加热器全功率或间歇性工作，最终实现温度控制。

10.如权利要求9所示的一种应用于油品界面智能检查仪温度控制方法，其特征在于，所述检测周期为300ms。

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