CN114964412A - 杜瓦内部液氮液位监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种杜瓦内部液氮液位监测方法及装置。该方法通过接收置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据，液氮液位计设置有铂电阻温度传感器阵列；对温度数据进行信号变送；根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；判断当前液位是否是满液位，达到溢出位置；如果当前液位是满液位，达到溢出位置，发出高液位报警信号；如果当前液位不是满液位，未达到溢出位置，判断当前液位是否低于预设阈值；如果当前液位低于预设阈值，发出低液位报警信号；如果当前液位不低于预设阈值，输出液位检测数据，能够有效地对杜瓦内部液氮液位进行监测。
Description
技术领域
本发明涉及杜瓦状态监测技术领域，尤其涉及一种杜瓦内部液氮液位监测方法及装置。
背景技术
杜瓦是高温超导磁悬浮车辆产生悬浮力和导向力的关键部件，杜瓦的主要功能作用类似于高速车辆的轮对，高速车辆的轮对通过与轨道接触产生力的作用，从而使铁道车辆具有自导向和承重能力。高温超导磁悬浮车辆的杜瓦通过块材与永磁轨道的相互作用使磁悬浮车辆具有自导向和承载能力。杜瓦整体结构为真空双层保温结构主要包括真空接口、真空层、进液口、出气口、液氮室、连接板、超导块材等，主要作用是盛装液氮，为超导块材提供可靠的低温环境。若杜瓦出现损坏、性能下降等状态下降的情况，由于液氮为极低温液体，杜瓦内部液氮则将极速挥发，到一定程度后杜瓦内部超导块材温度上升，失去超导性能、悬浮失效、杜瓦砸轨，致使高温超导钉扎磁浮列车出现危险事故。可见，杜瓦内部液氮液位保持直接关系到磁浮列车能否安全稳定地运行，因此，监测杜瓦内部液氮液位，是直接判断杜瓦能否有效悬浮的直接、有效手段。目前尚未有有效的杜瓦内部液氮液位监测手段，因此，有必要提出一种杜瓦内部液氮液位监测方法及装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种杜瓦内部液氮液位监测方法及装置，以解决目前尚未有有效的杜瓦内部液氮液位监测手段的问题。
第一方面，本发明提供一种杜瓦内部液氮液位监测方法，包括：
接收置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据，所述液氮液位计设置有铂电阻温度传感器阵列；
对所述温度数据进行信号变送；
根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；
判断所述当前液位是否是满液位，达到溢出位置；
如果当前液位是满液位，达到溢出位置，发出高液位报警信号；
如果当前液位不是满液位，未达到溢出位置，判断当前液位是否低于预设阈值；
如果当前液位低于预设阈值，发出低液位报警信号；
如果当前液位不低于预设阈值，输出液位检测数据。
进一步地，所述铂电阻温度传感器阵列中的铂电阻温度传感器为贺利氏C420PT1000铂电阻传感器。
进一步地，所述液氮液位计预先按照以下步骤进行标定：
采集置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据；
对所述温度数据进行信号变送；
根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；
获取杜瓦内部的液氮中的液位尺的液位数据；
对比所述当前液位与液位尺的液位数据是否相等；
如果当前液位与液位尺的液位数据不相等，修正液位计算方法并重新采集置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据；
如果当前液位与液位尺的液位数据相等，调整液氮液位计的位置；
判断对液氮液位计的总标定里程是否超过60mm；
如果对液氮液位计的总标定里程不超过60mm，重新采集置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据；
如果对液氮液位计的总标定里程超过60mm，标定结束。
第二方面，本发明提供一种杜瓦内部液氮液位监测装置，包括：液氮液位计、信号变送电路、MCU，所述液氮液位计与所述信号变送电路连接，所述信号变送电路与所述MCU连接；
所述液氮液位计，用于通过液氮液位计设置的铂电阻温度传感器阵采集杜瓦内部的液氮不同位置的温度数据；
所述信号变送电路，用于对所述温度数据调理和变送；
所述MCU，用于根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；判断所述当前液位是否是满液位，达到溢出位置；如果当前液位是满液位，达到溢出位置，发出高液位报警信号；如果当前液位不是满液位，未达到溢出位置，判断当前液位是否低于预设阈值；如果当前液位低于预设阈值，发出低液位报警信号；如果当前液位不低于预设阈值，输出液位检测数据。
进一步地，所述MCU包括 ARM 处理器及其附属驱动电路。
进一步地，所述MCU与通信IC连接，所述通信IC连接用于将MCU的数据传输至对外接口。
进一步地，所述信号变送电路、所述MCU以及所述通信IC分别与电源电路连接，12VDC电源输入通过电源连接端子与所述电源电路连接。
本发明的有益效果如下：本发明提供的一种杜瓦内部液氮液位监测方法及装置，通过接收置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据，液氮液位计设置有铂电阻温度传感器阵列；对温度数据进行信号变送；根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；判断当前液位是否是满液位，达到溢出位置；如果当前液位是满液位，达到溢出位置，发出高液位报警信号；如果当前液位不是满液位，未达到溢出位置，判断当前液位是否低于预设阈值；如果当前液位低于预设阈值，发出低液位报警信号；如果当前液位不低于预设阈值，输出液位检测数据，能够有效地对杜瓦内部液氮液位进行监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的杜瓦内部液氮液位监测方法的流程图；
图2为液氮液位计的标定流程图；
图3为液氮液位计的检测原理图；
图4为本发明实施例提供的杜瓦内部液氮液位监测装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
请参阅图1，本发明提供一种杜瓦内部液氮液位监测方法，包括：
接收置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据，液氮液位计设置有铂电阻温度传感器阵列。
具体地，首先启动电源模块对液氮液位计供电，液氮液位计需要由杜瓦出气孔置入杜瓦内部，液位计主体电路板布局有铂电阻温度传感器阵列，通过铂电阻温度传感器阵列采集温度数据。铂电阻温度传感器阵列中的铂电阻温度传感器为贺利氏C420PT1000铂电阻传感器。
对温度数据进行信号变送。
根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位。
具体地，根据铂电阻在浸入液氮后，电阻值会有明显变化，所以液氮液位计的接入方式如图3所示，根据液氮液位计不同位置的铂电阻R1至Rn，可垂直判断任何位置铂电阻是否浸入液氮，根据电阻值变化，进而判断当前液氮液位。
判断当前液位是否是满液位，达到溢出位置。如果当前液位是满液位，达到溢出位置，发出高液位报警信号。如果当前液位不是满液位，未达到溢出位置，判断当前液位是否低于预设阈值。如果当前液位低于预设阈值，发出低液位报警信号。如果当前液位不低于预设阈值，输出液位检测数据。输出的液位检测数据可通过显示设备进行显示。
请参阅图2，液氮液位计预先按照以下步骤进行标定：
首先启动电源模块对液氮液位计供电，采集置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据；对温度数据进行信号变送；根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；获取杜瓦内部的液氮中的液位尺的液位数据；对比当前液位与液位尺的液位数据是否相等；如果当前液位与液位尺的液位数据不相等，修正液位计算方法并重新采集置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据；如果当前液位与液位尺的液位数据相等，调整液氮液位计的位置；判断对液氮液位计的总标定里程是否超过60mm；如果对液氮液位计的总标定里程不超过60mm，重新采集置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据；如果对液氮液位计的总标定里程超过60mm，标定结束。
请参阅图4，本发明提供一种杜瓦内部液氮液位监测装置，包括：液氮液位计、信号变送电路102、MCU103，液氮液位计的铂电阻阵列101与信号变送电路102连接，信号变送电路102与MCU103连接。
液氮液位计101，用于通过液氮液位计设置的铂电阻温度传感器阵采集杜瓦内部的液氮不同位置的温度数据；铂电阻温度传感器阵列中的铂电阻温度传感器为贺利氏C420PT1000铂电阻传感器。贺利氏C420PT1000铂电阻传感器同时继承了陶瓷线绕式铂金温度传感器的理想曲线特性，并具有高抗振性和低成本的额外优点。长期稳定性，优良的抗热冲击性和无滞后工作温度范围(-196°C~150°C)为化学和制药加工，低温，分析设备和冷链监测提供理想的解决方案。其具体参数如下：
安装方式：焊接式安装，引脚拉力≥8N；精度等级：B级；测量范围：-196℃~150℃；电阻温度系数：TCR=3850ppm/K；长期稳定性：在规定的温度上限下使用1000小时后0℃下的阻值漂移不超过DINEN60751的公差等级公差；在150℃下，1000小时后，R(0℃)的阻值漂移为0.03%。响应时间：水流(v=0.4m/s):t0.5=0.08s；t0.9=0.25s；气流(v=2m/s):t0.5=3.5s；t0.9=15s。抗振动性：根据安装情况，在10至2000Hz的频率下，加速度至少为40g抗冲击特性；根据安装情况，至少带有8ms半正弦波的100g加速度。
信号变送电路102，用于对温度数据调理和变送；信号变送电路采用运放芯片LM358作为信号运放电路，并结合HCNR201高线性模拟光电耦合器设计搭建铂电阻阵列变送器电路。LM358是一款双运放，且引脚设计相对简单；芯片共包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。
在电路设计中将PT100电阻视作采样电阻，采样电压信号自左侧一级运放放大后，接入线性隔离光耦；隔离光耦输出对应电压信号，作为二级运放的输入，经过二级运放后将电压信号输入MCU自带AD采集电路。
MCU103，用于根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；判断当前液位是否是满液位，达到溢出位置；如果当前液位是满液位，达到溢出位置，发出高液位报警信号；如果当前液位不是满液位，未达到溢出位置，判断当前液位是否低于预设阈值；如果当前液位低于预设阈值，发出低液位报警信号；如果当前液位不低于预设阈值，输出液位检测数据。MCU包括ARM处理器及其附属驱动电路。MCU103设置有高低液位报警灯。
MCU与通信IC104连接，通信IC连接用于将MCU的数据传输至对外接口。选取MAX3488芯片作为全双工通信IC与MCU相连，向上位机或控制系统上传温湿度数据，并接收外部发送至MCU的控制指令。其主要技术参数如下：电源电压：3.3V(DC)；供电电流：1.10mA；通道数：1；耗散功率：727mW；数据速率：10.0Mbps；工作温度：-40~85℃；输入电压：3.3V。
信号变送电路、MCU以及通信IC分别与电源电路105连接，12VDC电源输入通过电源连接端子106与电源电路连接。电气接口主要包括电源连接端子和对外接口端子。接口端子主要用于连接杜瓦状态动态监测传感器与外接设备。接口端子的设计最基本要求需要满足以下几点特性：质量轻盈，且在高速度和大加速度工况下连接稳定；具备一定的防水性能，以防杜瓦侧壁周边水汽液化；便于拆卸换装，易维护；信号传导性能良好。所有芯片IC均可以采用DC-3.3V电源进行供电。故在选取供电电压的同时，还需要满足电路的功率要求。选用了开关电源芯片LM2576HVS-3.3作为供电电路的电源芯片。其内置固定频率振荡器和频率补偿模块，使用十分简单﹐仅需要极少量的外部元器件。此外，该芯片还内置带迟滞功能的使能、过温保护、过流保护和刺激过流保护等功能。
此外，该芯片具有3A输出电流驱动能力，高效率、低纹波、高线性调整率和负载调整率等特点。该芯片采用PWM调制模式，能够调节占空比线性范围0~100%，具有高工作效率、线性调整率和负载调整率。可以有效保证真空度检测传感器电路的供电需求。主要技术参数如下：输入电压范围：4.5V~60V；稳压输出：3.3V；占空比可调节范围：0~100%；最小饱和压降：1.5V；工作温度范围：-40°C~125°C；焊接方式：引脚/贴片焊接。
本发明实施例还提供一种存储介质，本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明提供的杜瓦内部液氮液位监测方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（英文：Read-OnlyMemory，简称：ROM）或随机存储记忆体（英文：RandomAccessMemory，简称：RAM）等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。
Claims (7)
1.一种杜瓦内部液氮液位监测方法，其特征在于，包括：
接收置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据，所述液氮液位计设置有铂电阻温度传感器阵列；
对所述温度数据进行信号变送；
根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；
判断所述当前液位是否是满液位，达到溢出位置；
如果当前液位是满液位，达到溢出位置，发出高液位报警信号；
如果当前液位不是满液位，未达到溢出位置，判断当前液位是否低于预设阈值；
如果当前液位低于预设阈值，发出低液位报警信号；
如果当前液位不低于预设阈值，输出液位检测数据。
2.如权利要求1所述的杜瓦内部液氮液位监测方法，其特征在于，所述铂电阻温度传感器阵列中的铂电阻温度传感器为贺利氏C420PT1000铂电阻传感器。
3.如权利要求1所述的杜瓦内部液氮液位监测方法，其特征在于，所述液氮液位计预先按照以下步骤进行标定：
采集置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据；
对所述温度数据进行信号变送；
根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；
获取杜瓦内部的液氮中的液位尺的液位数据；
对比所述当前液位与液位尺的液位数据是否相等；
如果当前液位与液位尺的液位数据不相等，修正液位计算方法并重新采集置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据；
如果当前液位与液位尺的液位数据相等，调整液氮液位计的位置；
判断对液氮液位计的总标定里程是否超过60mm；
如果对液氮液位计的总标定里程不超过60mm，重新采集置入杜瓦内部的液氮液位计的不同位置的温度数据；
如果对液氮液位计的总标定里程超过60mm，标定结束。
4.一种杜瓦内部液氮液位监测装置，其特征在于，包括：液氮液位计、信号变送电路、MCU，所述液氮液位计与所述信号变送电路连接，所述信号变送电路与所述MCU连接；
所述液氮液位计，用于通过液氮液位计设置的铂电阻温度传感器阵采集杜瓦内部的液氮不同位置的温度数据；
所述信号变送电路，用于对所述温度数据调理和变送；
所述MCU，用于根据信号变送后的数据计算杜瓦内部的液氮的当前液位；判断所述当前液位是否是满液位，达到溢出位置；如果当前液位是满液位，达到溢出位置，发出高液位报警信号；如果当前液位不是满液位，未达到溢出位置，判断当前液位是否低于预设阈值；如果当前液位低于预设阈值，发出低液位报警信号；如果当前液位不低于预设阈值，输出液位检测数据。
5.如权利要求4所述的杜瓦内部液氮液位监测装置，其特征在于，所述MCU包括 ARM 处理器及其附属驱动电路。
6.如权利要求4所述的杜瓦内部液氮液位监测装置，其特征在于，所述MCU与通信IC连接，所述通信IC连接用于将MCU的数据传输至对外接口。
7.如权利要求4所述的杜瓦内部液氮液位监测装置，其特征在于，所述信号变送电路、所述MCU以及所述通信IC分别与电源电路连接，12VDC电源输入通过电源连接端子与所述电源电路连接。
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