CN113758539B

CN113758539B - 一种基于无线物联网的液位传感器

Info

Publication number: CN113758539B
Application number: CN202111036836.3A
Authority: CN
Inventors: 胡魁; 肖小琼
Original assignee: Hunan Holly Cole Instrument Co ltd
Current assignee: Hunan Holly Cole Instrument Co ltd
Priority date: 2021-09-06
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2041-09-06
Also published as: CN113758539A

Abstract

本发明公开了一种基于无线物联网的液位传感器，属于物联网技术领域，包括液位传感器本体，液位传感器本体包含套管，套管的内部安装有扩散硅芯体和电路板，液位传感器本体内设置有监测模块、处理模块和匹配模块，监测模块包含第一采集单元和第二采集单元，第一采集单元在预设的监测时长内对液位传感器本体运行时内部的数据进行采集监测，得到监测信息集；处理模块用于对采集的监测信息集进行处理计算，得到处理信息集；匹配模块将处理信息集与预设的参数集进行匹配，得到分析信息集；本发明用于解决现有方案中不能对液位传感器的运行进行实时监测和调整，导致液位传感器运行的效果不佳的技术问题。

Description

一种基于无线物联网的液位传感器

技术领域

本发明涉及无线物联网技术领域，具体涉及一种基于无线物联网的液位传感器。

背景技术

液位传感器是一种测量液位的压力传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号并输出。

现有的液位传感器在使用时，没有对液位传感器运行的内部数据进行采集和监测分析，不能对液位传感器的运行进行精准高效的调整，使得液位传感器的运行效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线物联网的液位传感器，解决以下技术问题：如何解决现有方案中不能对液位传感器的运行进行实时监测和调整，导致液位传感器运行的效果不佳的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于无线物联网的液位传感器，包括液位传感器本体，液位传感器本体内设置有监测模块、处理模块和匹配模块，监测模块包含第一采集单元和第二采集单元，第一采集单元在预设的监测时长内对液位传感器本体运行时内部的数据进行采集监测，得到监测信息集；处理模块用于对采集的监测信息集进行处理计算，得到处理信息集；匹配模块将处理信息集与预设的参数集进行匹配，得到分析信息集。

进一步地，液位传感器本体还设置有控制模块和存储模块，控制模块用于对液位传感器本体的运行进行控制；存储模块用于对采集的各项数据进行存储。

进一步地，监测信息集包含液位传感器本体运行时的实时温度、实时电压、实时电流、实时压力、运行总时长和监测类型；第二采集单元对液位传感器本体的初始数据进行采集，得到初始信息集；初始信息集包含液位传感器本体的额定电压、额定电流、额定温度和额定压力。

进一步地，对采集的监测信息集进行处理计算的具体步骤包括：获取监测信息集中的各项数据进行特征提取和分类，对监测信息集中的实时温度、实时电压、实时电流、实时压力、运行总时长分别进行取值和标记，将实时温度标记为WDi，i=1,2,3...n；将实时电压标记为DYi；将实时电流标记为DLi；将实时压力标记为YLi；将运行总时长标记为YSi；将标记的各项数据分类组合，得到第一提取集；将监测类型标记为JL；设定不同的监测类型均对应一个不同的类型关联值，将监测类型与所有的监测类型进行匹配获取对应的类型关联值并标记为G1；将标记的监测类型与类型关联值分类组合，得到第二提取集。

进一步地，在预设的监测时长内，根据实时温度和实时压力的变化获取温度迁移系数，根据实时电压和实时电流的变化获取功率迁移系数；

其中，通过公式

计算获取温度迁移系数，

表示为温度修正因子，取值范围为（0，2），YB表示为额定压力，WB表示为额定温度，WDi1表示为第一次监测的实时温度，WDi2表示为第二次监测的实时温度，t1表示为监测开始的时间，t2表示为监测结束的时间；

通过公式

计算获取功率迁移系数，

表示为功率修正因子，取值范围为（0,1），DB表示为额定电压，DL表示为额定电流，a1和a2表示为不同的比例系数；将第一提取集和第二提取集以及温度迁移系数和功率迁移系数分类组合，得到处理信息集。

进一步地，将处理信息集与预设的参数集进行匹配的具体步骤包括：参数集包含温度阈值和功率阈值，计算温度迁移系数与温度阈值之间的比值，根据该比值对液位传感器本体的运行进行温度补偿；计算功率迁移系数与功率阈值的差值，根据该差值对液位传感器本体的运行进行浪涌保护。

进一步地，根据该比值对液位传感器本体的运行进行温度补偿的具体步骤包括：对该比值进行分析，若该比值不小于k，则判定处于正常状态不需要调整并生成第一提示信号；若该比值小于k，则判定处于低温状态需要升温并生成温控指令；根据温控指令来调整温度；其中，k可以取值为1。

进一步地，根据该差值对液位传感器本体的运行进行浪涌保护的具体步骤包括：对该差值进行分析，若该差值大于p，则判定处于浪涌状态并生成电控指令；若该差值不大于p，则判定处于正常状态并生成第二提示信号；根据电控指令进行浪涌保护；其中，p可以取值为0。

进一步地，液位传感器本体包含套管，套管的内部安装有扩散硅芯体和电路板，电路板与套管之间安装有若干个热缩管，套管的一端固定安装有尾座，套管的另一端固定安装有过滤盖。

进一步地，尾座与套管之间固定安装有若干个环型密封圈，尾座远离套管的一端固定安装有导线护套，导线护套的内部固定安装有压线帽，压线帽的内部贯穿有线缆，尾座的内部固定安装有铜垫圈和矩形圈，扩散硅芯体与电路板电性连接。

本发明的有益效果：

通过监测模块在预设的监测时长内对液位传感器本体运行时内部的数据进行采集监测，得到监测信息集；通过对液位传感器本体运行时的各项数据进行采集，提高了数据的多样性，为后续的运行调控提供了有效的数据支持；通过处理模块对采集的监测信息集进行处理计算，得到处理信息集；通过对采集的各项数据进行处理和计算，便于将各项数据进行联立计算和整体分析；通过匹配模块将处理信息集与预设的参数集进行匹配，得到分析信息集；通过控制模块用于对液位传感器本体的运行进行控制，可以实现对液位传感器本体的运行进行温度补偿和浪涌保护，达到提高液位传感器本体运行效果的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种基于无线物联网的液位传感器的剖视图。

图2为本发明一种基于无线物联网的液位传感器的模块框图。

图3为本发明中监测模块和处理模块连接的单元框图。

图中：1、过滤盖；2、扩散硅芯体；3、套管；4、热缩管；5、电路板；6、环型密封圈；7、尾座；8、铜垫圈；9、矩形圈；10、压线帽；11、导线护套；12、线缆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明为一种基于无线物联网的液位传感器，其中，本实施例中的液位传感器是适用于液位和深度测量的投入式液位传感器，包括液位传感器本体，液位传感器本体包含套管3，套管3的内部安装有扩散硅芯体2和电路板5，扩散硅芯体2位于电路板5的一侧，扩散硅芯体2与电路板5电性连接，电路板5与套管3之间安装有若干个热缩管4，套管3的一端固定安装有尾座7，套管3的另一端固定安装有过滤盖1，过滤盖1的防水材料由不锈钢或聚氨酯组成；本实施例中MEAS TE型号的扩散硅芯体2和316L不锈钢的套管3，适用于大多数工业液体和油的长时间浸泡；

尾座7与套管3之间固定安装有若干个环型密封圈6，尾座7远离套管3的一端固定安装有导线护套11，导线护套11的内部固定安装有压线帽10，压线帽10的内部贯穿有线缆12，尾座7的内部固定安装有若干个铜垫圈8和矩形圈9，一个铜垫圈8和一个矩形圈9构成一组圈体，共有两个圈体；线缆12通过导线护套11和压线帽10与外界环境隔离。

工作时，将液位传感器本体放置于液罐或水柱等容器内来采集液位信号，液位传感器本体内置高精度的数据采集模块，对采集到的液位信号进行处理和传输；内置的ZigBee无线通信模块包含有ZigBee无线网络协调器和符合ZigBee协议的24GHz射频收发器，基于CSMA/CA防冲突机制进行工作，有效避免了由于同时发送数据导致的信道阻塞和数据丢失，将终端发送过来的信号通过RS-232接口传给PC机进行处理，基于物联网技术可以实时监测液位的变化信息。

请参阅图2-3，液位传感器本体内设置有监测模块、处理模块和匹配模块以及控制模块和存储模块，控制模块用于对液位传感器本体的运行进行控制；存储模块用于对采集的各项数据进行存储，监测模块包含第一采集单元和第二采集单元，第一采集单元在预设的监测时长内对液位传感器本体运行时内部的数据进行采集监测，得到监测信息集，监测信息集包含液位传感器本体运行时的实时温度、实时电压、实时电流、实时压力、运行总时长和监测类型；第二采集单元对液位传感器本体的初始数据进行采集，得到初始信息集；初始信息集包含液位传感器本体的额定电压、额定电流、额定温度和额定压力；

处理模块用于对采集的监测信息集进行处理计算，得到处理信息集；具体的步骤包括：处理模块包含第一处理单元和第二处理单元；第一处理单元获取监测信息集中的各项数据进行特征提取和分类，对监测信息集中的实时温度、实时电压、实时电流、实时压力、运行总时长分别进行取值和标记，将实时温度标记为WDi，i=1,2,3...n；将实时电压标记为DYi；将实时电流标记为DLi；将实时压力标记为YLi；将运行总时长标记为YSi；将标记的各项数据分类组合，得到第一提取集；

将监测类型标记为JL；设定不同的监测类型均对应一个不同的类型关联值，将监测类型与所有的监测类型进行匹配获取对应的类型关联值并标记为G1；将标记的监测类型与类型关联值分类组合，得到第二提取集；其中，监测类型是指液位传感器本体运行环境的液体类型，本实施例中，不同的液体均对应一个不同的类型关联值，通过对不同的监测类型进行标记并获取对应的类型关联值，可以提高数据计算的准确性；

第二处理单元对初始信息集中的额定电压、额定电流、额定温度和额定压力分别进行取值和标记，将额定电压标记为DB；将额定电流标记为DL；将额定温度标记为WB；将额定压力标记为YB；将标记的各项数据分类组合，得到初始处理集；额定压力为预设的标准气压；

在预设的监测时长内，例如监测开始的时间和监测结束的时间分别设定为t1和t2，根据t1和t2得到监测时长，根据实时温度和实时压力的变化获取温度迁移系数，根据实时电压和实时电流的变化获取功率迁移系数；

其中，通过公式

计算获取温度迁移系数，

表示为温度修正因子，取值范围为（0，2），YB表示为额定压力，WB表示为额定温度，WDi1表示为第一次监测的实时温度，WDi2表示为第二次监测的实时温度，t1表示为监测开始的时间，t2表示为监测结束的时间；现有方案中的温度补偿通过二乘法拟合曲线或者小波变换、遗传算法等算法实现，本实施例中，在液位传感器本体运行时可以实现温度的动态补偿，基于不同的监测类型以及实时气压和实时温度进行联立计算，使得各项数据之间建立联系，便于对温度的调控进行整体分析，监测时长的长短与频率均会影响到温度补偿的效果，通过对不同的监测和实时气压以及实时温度进行针对性的监测和调整，可以有效提高温度补偿的效果，克服了现有方案中温度补偿计算复杂，使得温度调整不及时，进而影响到温度补偿的效果；

通过公式

计算获取功率迁移系数，

表示为功率修正因子，取值范围为（0,1），DB表示为额定电压，DL表示为额定电流，a1和a2表示为不同的比例系数；将第一提取集和第二提取集以及温度迁移系数和功率迁移系数分类组合，得到处理信息集；本实施例中，通过将实时电压、实时电流以及实时压力、运行总时长和类型关联值进行联立计算，来对液位传感器本体的运行进行监测分析，其中，不同的监测类型以及运行总时长均会影响液位传感器本体的正常运行和调控，例如运行总时长越长，液位传感器本体运行时越容易出故障，影响到液位传感器本体的运行效果和防护效果。

匹配模块将处理信息集与预设的参数集进行匹配，得到分析信息集；包括：参数集包含温度阈值和功率阈值，计算温度迁移系数与温度阈值之间的比值，根据该比值对液位传感器本体的运行进行温度补偿；包括：对该比值进行分析，若该比值不小于k，则判定处于正常状态不需要调整并生成第一提示信号；若该比值小于k，则判定处于低温状态需要升温并生成温控指令；根据温控指令来调整温度，可以通过热敏电阻实现；其中，k可以取值为1；温度阈值基于不同的监测类型以及液位传感器本体运行时的温度大数据进行设定和调整；

计算功率迁移系数与功率阈值的差值，根据该差值对液位传感器本体的运行进行浪涌保护；包括：对该差值进行分析，若该差值大于p，则判定处于浪涌状态并生成电控指令；若该差值不大于p，则判定处于正常状态并生成第二提示信号；根据电控指令进行浪涌保护，使得电路在输入及输出短路情况下可防止反向接线；功率阈值基于液位传感器本体运行时的电压和电流大数据进行设定和调整；其中，浪涌又称为电涌、突波，是指瞬间超出稳定值的峰值，包括浪涌电压和浪涌电流；浪涌保护是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护设备或系统不受冲击而损坏；本实施例中，通过计算获取液位传感器本体运行时的功率迁移系数并进行分析匹配，及时进行浪涌保护；液位传感器本体内至少包含一个非线性电压限制元件，包括但不限于放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。

本发明中的公式均是去除量纲取其数值计算，通过采集大量液位传感器本体运行时的大数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设比例系数和阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获取。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对应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。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种基于无线物联网的液位传感器，包括液位传感器本体，其特征在于，液位传感器本体内设置有监测模块、处理模块和匹配模块，监测模块包含第一采集单元和第二采集单元，第一采集单元在预设的监测时长内对液位传感器本体运行时内部的数据进行采集监测，得到监测信息集；处理模块用于对采集的监测信息集进行处理计算，得到处理信息集；匹配模块将处理信息集与预设的参数集进行匹配，得到分析信息集；

对采集的监测信息集进行处理计算的具体步骤包括：对监测信息集中的各项数据进行特征提取和分类，对监测信息集中的实时温度、实时电压、实时电流、实时压力、运行总时长分别进行取值和标记，得到第一提取集；对监测类型及其对应的类型关联值分别进行标记，得到第二提取集；

在预设的监测时长内，根据实时温度和实时压力的变化获取温度迁移系数，根据实时电压和实时电流的变化获取功率迁移系数；将第一提取集和第二提取集以及温度迁移系数和功率迁移系数分类组合，得到处理信息集；

将处理信息集与预设的参数集进行匹配的具体步骤包括：参数集包含温度阈值和功率阈值，计算温度迁移系数与温度阈值之间的比值，根据该比值对液位传感器本体的运行进行温度补偿；计算功率迁移系数与功率阈值的差值，根据该差值对液位传感器本体的运行进行浪涌保护；

根据该差值对液位传感器本体的运行进行浪涌保护的具体步骤包括：对该差值进行分析，将该差值与p进行对比匹配，生成电控指令或者第二提示信号；根据电控指令进行浪涌保护；p为自然数；

若该差值大于p，则判定处于浪涌状态并生成电控指令；若该差值不大于p，则判定处于正常状态并生成第二提示信号；根据电控指令进行浪涌保护，使得电路在输入及输出短路情况下可防止反向接线；功率阈值基于液位传感器本体运行时的电压和电流大数据进行设定和调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线物联网的液位传感器，其特征在于，液位传感器本体还设置有控制模块和存储模块，控制模块用于对液位传感器本体的运行进行控制；存储模块用于对采集的各项数据进行存储。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线物联网的液位传感器，其特征在于，监测信息集包含液位传感器本体运行时的实时温度、实时电压、实时电流、实时压力、运行总时长和监测类型；第二采集单元对液位传感器本体的初始数据进行采集，得到初始信息集；初始信息集包含液位传感器本体的额定电压、额定电流、额定温度和额定压力。

4.根据权利要求3所述的一种基于无线物联网的液位传感器，其特征在于，根据该比值对液位传感器本体的运行进行温度补偿的具体步骤包括：对该比值进行分析，将该比值与k进行对比匹配，并生成温控指令或者第一提示信号；根据温控指令来调整温度；k为自然数。

5.根据权利要求4所述的一种基于无线物联网的液位传感器，其特征在于，液位传感器本体包含套管(3)，套管(3)的内部安装有扩散硅芯体(2)和电路板(5)，电路板(5)与套管(3)之间安装有若干个热缩管(4)，套管(3)的一端固定安装有尾座(7)，套管(3)的另一端固定安装有过滤盖(1)。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线物联网的液位传感器，其特征在于，尾座(7)与套管(3)之间固定安装有若干个环型密封圈(6)，尾座(7)远离套管(3)的一端固定安装有导线护套(11)。