CN118067221B - 一种基于内共振的高精度液位监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液位测量技术领域，具体涉及一种基于内共振的高精度液位监测方法，步骤包括：S1、构建可调磁耦合的谐振系统模型，构建过程为：对于包括低频梁、高频梁、永磁体、压电驱动层、微距云台的谐振系统模型，根据达朗贝尔原理，定义谐振系统的运动方程；忽略高阶非线性与静变形的影响，获取谐振系统模型的第一阶固有频率和第二阶固有频率；S2、基于可调磁耦合的谐振系统模型，搭建压电驱动1:2谐振式的液位传感装置；S3、利用压电驱动1:2谐振式的液位传感装置，进行液位监测。本发明可以实现对液体位置的连续测量和实时监控，通过设定阈值以实现预警功能，有助于提高液位传感的灵敏度与线性度，扩宽内共振传感的应用面。
Description
技术领域
本发明属于液位测量技术领域，具体涉及一种基于内共振的高精度液位监测方法。
背景技术
液位测量指对封闭或敞开的容器内液体的测量点与基准点间高度变化量进行实时监测，是静水水准系统的基本组成构件，广泛应用于石油化工、核能发电等领域。典型的液位测量装置包括电容电感式、浮子式、电磁式、超声波式、光纤式等。但是，电磁式、超声波式、光纤式液位测量装置不适用于含有泡沫的透明液体、粉尘溶液等。浮子式液位测量装置结构简单、可视性好，但受限于机械结构设计。电容式液位测量装置适用于水、油及涂料等介质，广泛使用于对工位、输送机和机器人进行零件检测，但存在环境适应性低、高度非线性等问题。
为克服此类问题，Lata等人采用力阻式传感器作为二次传感器，结合人工神经网络控制来消除液位变送器中存在的迟滞与非线性。但是，力阻式传感器的蠕变特性会降低其测量性能。将电容式传感器和压电传感器联合使用可实现指定功能的测量，从而规避力阻式传感器的蠕变特性对测量性能造成的影响，但欠缺连续测量液位的能力。
基于动态模式的谐振式传感器具有体积小、能耗低、分辨率高、灵敏度高等优点，可避免传统谐振式传感器受到频率漂移、非线性失真及多模式振动等因素对测量结果准确性的影响。谐振式传感器根据模态系统的频率比可分为1:1、1:2、1:3、2：1内部共振等，随着MEMS传感器的发展，利用系统内共振进行能量采集、质量检测等引发了国内、外研究者的广泛关注，复杂非线性效应可以提高传感器的监测性能。但是，目前的基于动态模式的谐振式传感器仍然存在着不能很好的适应低粘度液位监测、液位传感器的线性度与动态响应能力不足的问题。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明提供了一种基于内共振的高精度液位监测方法，可以实现对液体位置的连续测量和实时监控，有助于提高液位传感的灵敏度与线性度，扩宽内共振传感的应用面。
为达到以上目的，本发明提供了一种基于内共振的高精度液位监测方法，包括以下步骤：
S1、构建可调磁耦合的谐振系统模型，构建过程为：
S11、对于包括低频梁、高频梁、永磁体、压电驱动层、微距云台的谐振系统模型，根据达朗贝尔原理，定义谐振系统的运动方程；
S12、忽略高阶非线性与静变形的影响，获取谐振系统模型的第一阶固有频率和第二阶固有频率；
S2、基于可调磁耦合的谐振系统模型，搭建压电驱动1:2谐振式的液位传感装置；
S3、利用压电驱动1:2谐振式的液位传感装置，进行液位监测。
所述的S11中，谐振系统模型中的低频梁、高频梁竖直设置，低频梁、高频梁的顶端分别固定在微距云台上，底端通过吸附的相斥永磁体实现非接触式磁耦合，压电驱动层位于高频梁顶部内侧，通过微距云台的轴向移动改变低频梁与高频梁的中心距与永磁体中心距；低频梁、高频梁的长度、密度和杨氏模量相同，低频梁、高频梁和压电驱动层的宽度相同。
所述的S11中，谐振系统模型的运动方程表示为：
（1）；
式中，FV代表磁耦合力的大小，、/>、/>分别代表低频梁、高频梁的等效质量、等效粘性阻尼和等效刚度（即为i=1时代表低频梁的相关参数，i=2时代表高频梁的相关参数，下同）；/>、/>、/>分别代表低频梁、高频梁相对于平衡位置的横向加速度、横向速度和横向位移；/>为外部周期驱动力的大小，即为压电驱动层提供的驱动力大小；
、/>表示为：
（2）；
式中，为低频梁和高频梁的密度；b为低频梁、高频梁和压电驱动层的宽度；为低频梁、高频梁的厚度；l为低频梁和高频梁的长度；/>为永磁体密度；Vm为永磁体体积；cd为等效阻尼系数；E为低频梁和高频梁的杨氏模量；
由于低频梁、高频梁的横向弯曲程度远小于其长度，因此/>，FV表示为：
（3）；
式中，代表空间渗透率；d代表永磁体的中心距；s代表磁距在垂直方向的投影。
所述的S12中，忽略高阶非线性与静变形的影响，得到：
（4）；
式中，表示低频梁一阶、二阶耦合刚度项；/>表示高频梁一阶、二阶耦合刚度项；/>、/>分别为谐振系统模型的第一阶固有频率和第二阶固有频率；
式（4）的特征方程表示为：
（5）；
式中，；/>为低频梁、高频梁的角频率；和/>表示为：
（6）；
式中，、/>分别为式（5）的一阶、二阶特征根；/>和/>的比近似满足1:2的关系。
所述的S2中，搭建的压电驱动1:2谐振式的液位传感装置包括架体，架体顶部设置有两个微距云台，低频梁、高频梁分别固定安装在两个微距云台上，低频梁、高频梁竖直设置，低频梁、高频梁的底端对应设置有相斥永磁体，且低频梁与高频梁非接触式礠耦合的固有频率之比为1：2，压电驱动层采用压电陶瓷，压电陶瓷设置在高频梁顶部内侧，即为靠近低频梁的一侧。
所述的低频梁、高频梁均采用铍青铜直梁，低频梁与高频梁厚度分别为0.28mm与0.49mm，宽度均为4mm，长度均为64.9mm，低频梁、高频梁之间相距20.5mm；压电陶瓷为PZT-5H型压电陶瓷，厚度为0.2mm，宽度为4mm，压电陶瓷常数为-275pC/N；
低频梁、高频梁的密度为8300kg/m3，杨氏模量为128Gpa；永磁体的密度为6g/cm3，体积为40mm3。
所述的S3中，利用压电驱动1:2谐振式的液位传感装置进行液位监测的步骤为：
S31、将装有待测溶液的容器放置在液位传感装置的下方，使得低频梁与高频梁的底端位于液面上方，并通过微距云台调整低频梁、高频梁之间的间距；
S32、基于永磁体的磁力，低频梁、高频梁进行非接触式磁耦合，接通电源，通过压电驱动层为高频梁提供驱动力，使得低频梁、高频梁产生共振，共振振幅达到峰值；
S33、通过激光位移传感器，监测距低频梁和高频梁的永磁体上部1mm处的振动位移；也可以采用其他结构来监测振动位移；
S34、当液位上升时，低频梁与高频梁的共振幅值随液位的上升而减小；
S35、当液位继续上升、超出测量范围时，低频梁与高频梁的内共振突然消失，振幅急速减小，呈现非线性变化规律；
S36、在上述液位变化过程中，通过激光位移传感器监测的振动位移，即可对液位的变化进行监测。
通过非接触式磁耦合实现磁耦合强度的简单调节和准确性保证，进而调整低频梁与高频梁的固有频率和非线性磁力。液体作为阻尼介质可以吸收振动能量，对谐振峰值产生一定的影响。液体与悬臂梁（即为低频梁、高频梁）之间的接触面积随液位上升而增大，能量传输过程中的耗散增多。液位变化引起悬臂梁的幅值及固有频率变化，由此计算出液位变化量，实现实时监测及预警。
所述的激光位移传感器监测的数据实时传输至上位机中，并设定振幅阈值，当超出测量范围或达到振幅阈值时，通过上位机输出报警或预警信号。
所述的激光位移传感器有两个，分别设置在低频梁和高频梁的外侧，激光位移传感器安装在液位传感装置的架体上。
所述的上位机中设置有用于实现报警或预警的预警电路，预警电路包括控制单元U1，控制单元U1连接晶振电路，控制单元U1的信号输入端连接检测电路U2，检测电路U2的信号输入端连接整流滤波电路，控制单元U1的信号输出端连接报警电路和LCD显示屏，控制单元U1的控制输入端连接阈值控制电路。
本发明涉及的算法计算可以通过电子设备执行，电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，通过处理器执行软件实现上述的算法计算。
本发明所具有的有益效果是：
本发明提供了一种基于内共振的高精度液位监测方法，尤其适用于低粘度液体的液位监测与预警，利用非线性磁耦合诱导悬臂梁产生1:2内共振，将点式液位传感与连续液位传感相结合，通过临界分岔频率的偏移进行液位监测与预警，具有良好的线性度与动态响应能力。
本发明基于谐振系统模型搭建了压电驱动1:2谐振式的液位传感装置，使得液位变化引起的谐振峰偏移被放大了4-5倍，因此通过监测悬臂梁振幅的偏移，配合上位机的设置，可以实现对液体位置的连续测量和实时监控，通过设定阈值以实现预警功能，有助于提高液位传感的灵敏度与线性度，扩宽内共振传感的应用面。
附图说明
图1是本发明的流程原理图；
图2是本发明实施例1中液位传感装置的结构示意图；
图3是本发明实施例1的液位监测原理示意图；
图4是本发明实施例1的液位监测流程示意图；
图5是本发明实施例1验证过程中液位深度对低频梁的频率偏移影响及其拟合曲线示意图；
图6是本发明实施例1验证过程中异频驱动下低频梁、高频梁振幅随液位变化及其拟合曲线示意图；图6中的（a）为异频驱动下低频梁振幅随液位变化及其拟合曲线示意图；图6中的（b）为异频驱动下高频梁振幅随液位变化及其拟合曲线示意图；
图7是本发明实施例1中定频驱动下低频梁振幅随液位变化示意图；
图8是本发明实施例2中预警电路的电路图。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1所示，一种基于内共振的高精度液位监测方法包括以下步骤：
S1、构建可调磁耦合的谐振系统模型，构建过程为：
S11、对于包括低频梁、高频梁、永磁体、压电驱动层、微距云台的谐振系统模型，根据达朗贝尔原理，定义谐振系统的运动方程；
S12、忽略高阶非线性与静变形的影响，获取谐振系统模型的第一阶固有频率和第二阶固有频率；
S2、基于可调磁耦合的谐振系统模型，搭建压电驱动1:2谐振式的液位传感装置；
S3、利用压电驱动1:2谐振式的液位传感装置，进行液位监测。
S11中，谐振系统模型中的低频梁、高频梁竖直设置，低频梁、高频梁的顶端分别固定在微距云台上，底端通过吸附的相斥永磁体实现非接触式磁耦合，压电驱动层位于高频梁顶部内侧，通过微距云台的轴向移动改变低频梁与高频梁的中心距与永磁体中心距；低频梁、高频梁的长度、密度和杨氏模量相同，低频梁、高频梁和压电驱动层的宽度相同。
S11中，谐振系统模型的运动方程表示为：
（1）；
式中，FV代表磁耦合力的大小，、/>、/>分别代表低频梁、高频梁的等效质量、等效粘性阻尼和等效刚度；/>、/>、/>分别代表低频梁、高频梁相对于平衡位置的横向加速度、横向速度和横向位移；/>为外部周期驱动力的大小，即为压电驱动层提供的驱动力大小；
、/>表示为：
（2）；
式中，为低频梁和高频梁的密度；b为低频梁、高频梁和压电驱动层的宽度；为低频梁、高频梁的厚度；l为低频梁和高频梁的长度；/>为永磁体密度；Vm为永磁体体积；cd为等效阻尼系数；E为低频梁和高频梁的杨氏模量；
由于低频梁、高频梁的横向弯曲程度远小于其长度，因此/>，FV表示为：
（3）；
式中，代表空间渗透率；d代表永磁体的中心距；s代表磁距在垂直方向的投影。
S12中，忽略高阶非线性与静变形的影响，得到：
（4）；
式中，表示低频梁一阶、二阶耦合刚度项；/>表示高频梁一阶、二阶耦合刚度项；/>、/>分别为谐振系统模型的第一阶固有频率和第二阶固有频率；
式（4）的特征方程表示为：
（5）；
式中，；/>为低频梁、高频梁的角频率；和/>表示为：
（6）；
式中，、/>分别为式（5）的一阶、二阶特征根；经计算，/>和/>的比近似满足1:2的关系。
式（1）中，可选的一种计算方式为：/>；
式（4）中，、/>可选的一种计算方式为，/>，/>。
如图2所示，S2中，搭建的压电驱动1:2谐振式的液位传感装置包括架体，架体顶部设置有两个微距云台，低频梁、高频梁分别固定安装在两个微距云台上，低频梁、高频梁竖直设置，低频梁、高频梁的底端对应设置有相斥永磁体，且低频梁与高频梁非接触式礠耦合的固有频率之比为1：2，压电驱动层采用压电陶瓷，压电陶瓷设置在高频梁顶部内侧，即为靠近低频梁的一侧。
低频梁、高频梁均采用铍青铜直梁，低频梁与高频梁厚度分别为0.28mm与0.49mm，宽度均为4mm，长度均为64.9mm，低频梁、高频梁之间相距20.5mm；压电陶瓷为PZT-5H型压电陶瓷，厚度为0.2mm，宽度为4mm，压电陶瓷常数为-275pC/N；
在该厚度设置下，低频梁与高频梁非接触式礠耦合的固有频率之比即为1：2，也可采用其他的尺寸设置实现该固有频率之比。
低频梁、高频梁的密度为8300kg/m3，杨氏模量为128Gpa；永磁体的密度为6g/cm3，体积为40mm3。
如图4所示，S3中，利用压电驱动1:2谐振式的液位传感装置进行液位监测的步骤为：
S31、将装有待测溶液的容器放置在液位传感装置的下方，使得低频梁与高频梁的底端位于液面上方，并通过微距云台调整低频梁、高频梁之间的间距；
S32、基于永磁体的磁力，低频梁、高频梁进行非接触式磁耦合，接通电源，通过压电驱动层为高频梁提供驱动力，使得低频梁、高频梁产生共振，共振振幅达到峰值；
S33、通过激光位移传感器，监测距低频梁和高频梁的永磁体上部1mm处的振动位移，激光位移传感器有两个，分别设置在低频梁和高频梁的外侧，激光位移传感器安装在液位传感装置的架体上；
S34、当液位上升时，低频梁与高频梁的共振幅值随液位的上升而减小；
S35、当液位继续上升、超出测量范围时，低频梁与高频梁的内共振突然消失，振幅急速减小，呈现非线性变化规律；
S36、在上述液位变化过程中，通过激光位移传感器监测的振动位移，即可对液位的变化进行监测。
其中，激光位移传感器监测的数据实时传输至上位机中，并设定振幅阈值，当超出测量范围或达到振幅阈值时，通过上位机输出报警或预警信号。即为超出测量范围时进行报警，达到设定的振幅阈值时，输出预警信号。
液位监测原理如图3所示，图3为简化的原理图，永磁体、压电驱动层等结构未示出。
验证过程为：
当驱动力为0.4mN(驱动电压为8V时)，采用一只上部直径为54mm，下部直径为45mm，总高度为60mm的烧杯，并用注射器定量注入液体，利用本实施例的液位传感装置进行监测试验，液位每升高0.05mm后记录稳态数据。
试验获得的液位深度对低频梁的频率偏移影响及其拟合曲线如图5所示，图5中，带有小球的虚线为液位深度对低频梁的频率偏移影响，实线为其拟合曲线。
结合图5可以看出，液位深度与低频梁分岔频率之间的线性关系良好。在0至0.35mm范围内，二者之间的灵敏度S为0.15Hz/mm，相关系数平方R2为0.92684；在0.4至1.25mm范围内，二者之间的灵敏度S为-0.11Hz/mm，相关系数平方R2为0.91473。因此，利用低频梁分岔频率的线性变化可实现准确测量μm级液位变化。
此外，液位深度的增加导致谐振系统（即为本实施例中低频梁、高频梁、永磁体、压电驱动层等组成的谐振系统）能量耗散增多，谐振系统的振幅逐渐减小，直至模态耦合（即为S32中的共振）现象消失。在调节液位的同时改变压电驱动层的驱动频率，使驱动频率与高频梁固有频率保持一致。通过实验测定：低频梁与高频梁在异频驱动下，液位深度与振幅之间存在一定的线性关系。相关系数平方R²分别为0.90167与0.85708。
试验中，异频驱动下低频梁、高频梁振幅随液位变化及其拟合曲线如图6所示。图6中，实线为梁、高频梁振幅随液位变化情况，虚线是其拟合曲线。
在驱动力为0.4mN的前提下，选定33.95Hz作为共振激励频率（定频驱动），距离低频梁与高频梁底部1mm处的清水作为基准面。考虑到谐振系统对接近其共振频率的激励信号具有较高的灵敏度，选择注入液体的深度在-1至1.3mm范围内。通过观察模态耦合振动区间的低频梁振幅偏移，识别液位高度相对于基准面的变化量。
实验结果显示，在液体表面与低频梁、高频梁底部接触的瞬间，低频梁的振幅由1.7137mm减小至1.64mm，到达设定的阈值，液位传感器触发一次预警。当液面浸没谐振系统在0至0.35mm内，低频梁的振幅呈线性递减趋势，相关系数平方R²为0.98602。当液面接触到永磁体后，低频梁振幅在1mm上下波动，到达设定的阈值，触发液位过高的二次预警。定频驱动下低频梁振幅随液位变化如图7所示。
实施例2
如图8所示，本实施例给出了一种具体的预警电路，该预警电路设置在上位机中，用于实现报警或预警的预警电路，预警电路包括控制单元U1，控制单元U1连接晶振电路，控制单元U1的信号输入端连接检测电路U2，检测电路U2的信号输入端连接整流滤波电路，控制单元U1的信号输出端连接报警电路和LCD显示屏，控制单元U1的控制输入端连接阈值控制电路。
具体的，晶振电路包括晶振X1，晶振X1的输入引脚XTAL1和晶振X1的输出引脚XTAL2连接控制单元U1，晶振X1的输入引脚XTAL1连接电容C1后接地，晶振X1的输出引脚XTAL2连接电容C2后接地，电容C2与接地端的连接公共端连接电阻R2后接入控制单元U1，电阻R2和控制单元U1的连接公共端连接电容C3，电容C3连接电源，电容C3两端并联复位开关SR1。所述的检测电路U2采用型号为TLC2543的模数转换器，检测电路U2的AIN2信号输入端口连接整流滤波电路，整流滤波电路采用二极管整流电路。所述的控制单元U1的P0.0端口-P0.7端口连接LCD显示屏，控制单元U1和LCD显示屏的连接公共端连接排阻RP1。所述的阈值控制电路包括阈值增大开关SW1和阈值减小开关SW2，阈值增大开关SW1和阈值减小开关SW2的一端分别连接控制单元U1的控制输入端口，另一点接地。所述的报警电路包括LED预警灯D2和电阻R1，控制单元U1依次连接LED预警灯D2和电阻R1后连接电源。
Claims (6)
1.一种基于内共振的高精度液位监测方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、构建可调磁耦合的谐振系统模型，构建过程为：
S11、对于包括低频梁、高频梁、永磁体、压电驱动层、微距云台的谐振系统模型，根据达朗贝尔原理，定义谐振系统的运动方程；
S12、忽略高阶非线性与静变形的影响，获取谐振系统模型的第一阶固有频率和第二阶固有频率；
S2、基于可调磁耦合的谐振系统模型，搭建压电驱动1:2谐振式的液位传感装置；
S3、利用压电驱动1:2谐振式的液位传感装置，进行液位监测；
所述的S11中，谐振系统模型中的低频梁、高频梁竖直设置，低频梁、高频梁的顶端分别固定在微距云台上，底端通过吸附的相斥永磁体实现非接触式磁耦合，压电驱动层位于高频梁顶部内侧，通过微距云台的轴向移动改变低频梁与高频梁的中心距与永磁体中心距；低频梁、高频梁的长度、密度和杨氏模量相同，低频梁、高频梁和压电驱动层的宽度相同；
所述的S11中，谐振系统模型的运动方程表示为：
（1）；
式中，FV代表磁耦合力的大小，、/>、/>分别代表低频梁、高频梁的等效质量、等效粘性阻尼和等效刚度；/>、/>、/>分别代表低频梁、高频梁相对于平衡位置的横向加速度、横向速度和横向位移；/>为外部周期驱动力的大小，即为压电驱动层提供的驱动力大小；
、/>表示为：
（2）；
式中，为低频梁和高频梁的密度；b为低频梁、高频梁和压电驱动层的宽度；为低频梁、高频梁的厚度；l为低频梁和高频梁的长度；/>为永磁体密度；Vm为永磁体体积；cd为等效阻尼系数；E为低频梁和高频梁的杨氏模量；
由于低频梁、高频梁的横向弯曲程度远小于其长度，因此/>，FV表示为：
（3）；
式中，代表空间渗透率；d代表永磁体的中心距；s代表磁距在垂直方向的投影；
所述的S12中，忽略高阶非线性与静变形的影响，得到：
（4）；
式中，表示低频梁一阶、二阶耦合刚度项；/>表示高频梁一阶、二阶耦合刚度项；/>、/>分别为谐振系统模型的第一阶固有频率和第二阶固有频率；
式（4）的特征方程表示为：
（5）；
式中，；/>为低频梁、高频梁的角频率；/>和表示为：
（6）；
式中，、/>分别为式（5）的一阶、二阶特征根；/>和/>的比近似满足1:2的关系；
所述的S2中，搭建的压电驱动1:2谐振式的液位传感装置包括架体，架体顶部设置有两个微距云台，低频梁、高频梁分别固定安装在两个微距云台上，低频梁、高频梁竖直设置，低频梁、高频梁的底端对应设置有相斥永磁体，且低频梁与高频梁非接触式礠耦合的固有频率之比为1：2，压电驱动层采用压电陶瓷，压电陶瓷设置在高频梁顶部内侧，即为靠近低频梁的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于内共振的高精度液位监测方法，其特征在于：所述的低频梁、高频梁均采用铍青铜直梁，低频梁与高频梁厚度分别为0.28mm与0.49mm，宽度均为4mm，长度均为64.9mm，低频梁、高频梁之间相距20.5mm；压电陶瓷为PZT-5H型压电陶瓷，厚度为0.2mm，宽度为4mm，压电陶瓷常数为-275pC/N；
低频梁、高频梁的密度为8300kg/m3，杨氏模量为128Gpa；永磁体的密度为6g/cm3，体积为40mm3。
3.根据权利要求1所述的一种基于内共振的高精度液位监测方法，其特征在于：所述的S3中，利用压电驱动1:2谐振式的液位传感装置进行液位监测的步骤为：
S31、将装有待测溶液的容器放置在液位传感装置的下方，使得低频梁与高频梁的底端位于液面上方，并通过微距云台调整低频梁、高频梁之间的间距；
S32、基于永磁体的磁力，低频梁、高频梁进行非接触式磁耦合，接通电源，通过压电驱动层为高频梁提供驱动力，使得低频梁、高频梁产生共振，共振振幅达到峰值；
S33、通过激光位移传感器，监测距低频梁和高频梁的永磁体上部1mm处的振动位移；
S34、当液位上升时，低频梁与高频梁的共振幅值随液位的上升而减小；
S35、当液位继续上升、超出测量范围时，低频梁与高频梁的内共振突然消失，振幅急速减小，呈现非线性变化规律；
S36、在上述液位变化过程中，通过激光位移传感器监测的振动位移，即可对液位的变化进行监测。
4.根据权利要求3所述的一种基于内共振的高精度液位监测方法，其特征在于：所述的激光位移传感器监测的数据实时传输至上位机中，并设定振幅阈值，当超出测量范围或达到振幅阈值时，通过上位机输出报警或预警信号。
5.根据权利要求3所述的一种基于内共振的高精度液位监测方法，其特征在于：所述的激光位移传感器有两个，分别设置在低频梁和高频梁的外侧，激光位移传感器安装在液位传感装置的架体上。
6.根据权利要求4所述的一种基于内共振的高精度液位监测方法，其特征在于：所述的上位机中设置有用于实现报警或预警的预警电路，预警电路包括控制单元U1，控制单元U1连接晶振电路，控制单元U1的信号输入端连接检测电路U2，检测电路U2的信号输入端连接整流滤波电路，控制单元U1的信号输出端连接报警电路和LCD显示屏，控制单元U1的控制输入端连接阈值控制电路。
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