CN202024805U - 便携式非接触超声波罐体液位检测仪 - Google Patents

Abstract

一种便携式非接触超声波罐体液位检测仪。主要解决固井水罐车液位只能依靠人工检测导致测量精度不高的问题。其特征在于：所述系统还包括一个数据采集模块、一个存储模块、报警模块和显示模块，所述数据采集模块由超声波信号采集和处理单元、温度信号采集和处理单元构成；其中，所述超声波信号采集和处理单元由超声波传感器、放大电路和A/D转换模块组成，所述温度信号采集和处理单元由温度传感器、放大电路和A/D转换模块组成，所述超声波信号和温度信号分别输出至所述中央微处理器的对应信号输入端。本检测仪不用接触液面就可实现自动检测，并且运用了温度补偿模块，解决了现有检测方法中通过人工检测不准确的问题，使得测量精度得到有效提高。

Description

便携式非接触超声波罐体液位检测仪

技术领域

 本实用新型涉及一种用于对固井水罐车中液体液位进行检测的装置，具体的说是涉及一种利用超声波对水罐车中液体液位进行检测的装置。

背景技术

在油井固井过程中，需要检测水的配注情况，即是要求水罐车中的水的液面要保证在一定的高度。为了达到这一技术要求，现有的做法是采用人工进行检测，就是由工作人员爬到罐的顶部观察水的液面。由此产生的问题是：由于罐的高度约为1.5米，再加上车的1.3米高度，工作人员爬到罐检测在雨雪天非常不安全，稍有不慎就会摔下来，此外，这种通过人为主观判断的观测方式检测效果也不准确，误差极大。因此，提供一种对水罐车中液面高度进行自动化检测的装置已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中提出的现有技术问题，本实用新型提供一种便携式非接触超声波罐体液位检测仪，该种便携式非接触超声波罐体液位检测仪不用接触液面就能够实时检测出罐内液位并通过显示器显示，解决了现有检测方法中通过人工检测不准确的问题。此外，本检测仪运用了温度补偿模块，使得测量精度得到有效提高。

本实用新型的技术方案是：该种便携式非接触超声波罐体液位检测仪，包括中央微处理器以及由锂电池组构成的电源模块，所述电源模块为所述中央微处理器提供工作电源，其独特之处在于：所述系统还包括一个数据采集模块、一个存储模块、报警模块和显示模块，所述数据采集模块由超声波信号采集和处理单元、温度信号采集和处理单元构成；其中，所述超声波信号采集和处理单元由超声波传感器、放大电路和A/D转换模块组成，所述超声波传感器采集回来的超声波信号经过放大电路放大和A/D转换模块转换成数字信号后输出至所述中央微处理器的超声波信号输入端；所述温度信号采集和处理单元由温度传感器、放大电路和A/D转换模块组成，所述温度传感器采集回来的温度信号经过放大电路放大和A/D转换模块转换成数字信号后输出至所述中央微处理器的温度信号输入端中央；所述存储模块由USB接口模块和U盘构成，所述USB接口模块为所述中央微处理器和U盘提供双向的数据传递；所述中央微处理器分别向所述报警模块和显示模块输出报警信号和显示信号。

本实用新型具有如下有益效果：本种便携式非接触超声波罐体液位检测仪具有以下主要特点：首先，在本装置中运用了温度补偿模块，使得测量精度得到有效提高。由于超声波是一种声波，它的传播速度受空气密度的影响，密度越大，传播速度越快，而空气密度和温度有密切关系，温度变化时，声速也变化，导致测量不准确，所以本装置中采用由数字温度传感器芯片构成的温度补偿电路来降低温度变化产生的测量误差，有效提高了传输速度的测量精度。其次，检测仪能够实时检测罐内液位，并通过显示器显示。当参数超限时，能够声光报警。再次，检测仪本身带有海量内存，液位参数能够连续存储，供检测人员离线分析。此外，检测仪具有超低功耗，由锂电池供电，可以连续工作1-4周。

综上所述，本种便携式非接触超声波罐体液位检测仪是通过采用高精度超声波传感器测量罐体液位。为了获取有效、可靠的检测数据，本检测仪采用由PIC微控制器构成的超低功耗的数据采集模块结合由超大存储器构成的数据存储器，这些用以保障数据采集、传输过程的长期稳定可靠运行。本检测仪在设计时充分考虑了检测现场的特殊情况，检测仪具有抗振动，防尘埃，防水、抗电磁辐射干扰能力强，不会受外界电子设备的电磁干扰而产生异常动作，保障了系统的高可靠性，可以实用于各种恶劣的工业环境。本装置可以通过内置于中央处理器中的程序来实现采用数字信号处理的方法判断超声波的传播时间。超声波回波信号处理的关键就是对起始点的判断，提高判断起始点的精确度就是提高检测棒的测量精度。对超声波回波信号采用带通数字滤波器进行滤波，滤除干扰，从而提高对起始点判断的精确度，即提高液位测量的精度。经过数字滤波后，系统对回波信号进行数值处理，判断超声波回波的起始点。找回波信号的起始点就是找信号的突变点。本装置使用概率检验法判断回波信号的起始点，可以提高检测精度。

附图说明

图1是本实用新型的组成示意图。

图2是本实用新型一个实施例的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由于现场施工要求，检测装置不能与液面接触。因此，拟考虑非接触式检测方法。由于罐的高度较高和车的移动性，检测装置也无法安装于罐的正上方，另外，固井所用的水罐与车为一体，而且罐与车之间没有空隙，因此，只能考虑将检测装置安装于水罐的侧面截面上。综合以上要求，本种便携式非接触超声波罐体液位检测仪按照如下结构设计：

系统构成如图1所示，包括中央微处理器以及由锂电池组构成的电源模块，所述电源模块为所述中央微处理器提供工作电源，其独特之处在于：所述系统还包括一个数据采集模块、一个存储模块、报警模块和显示模块，所述数据采集模块由超声波信号采集和处理单元、温度信号采集和处理单元构成；其中，所述超声波信号采集和处理单元由超声波传感器、放大电路和A/D转换模块组成，所述超声波传感器采集回来的超声波信号经过放大电路放大和A/D转换模块转换成数字信号后输出至所述中央微处理器的超声波信号输入端；所述温度信号采集和处理单元由温度传感器、放大电路和A/D转换模块组成，所述温度传感器采集回来的温度信号经过放大电路放大和A/D转换模块转换成数字信号后输出至所述中央微处理器的温度信号输入端中央；所述存储模块由USB接口模块和U盘构成，所述USB接口模块为所述中央微处理器和U盘提供双向的数据传递；所述中央微处理器分别向所述报警模块和显示模块输出报警信号和显示信号。图2显示的是实施前述方案的一个具体技术方案。如图所示，采集模块由两个超声波传感器U5、U6和温度补偿模块U7构成，其中超声波传感器U5用于检测水液面位置，超声波传感器U6则用于检测液面高度。数据存储模块由USB接口模块U3和数据存储器U2构成，中央微处理器U1通过USB接口模块U3和数据存储器U2进行数据交换。数据存储器把液面高度数据实时记录下来，供查询分析使用。本种超声波检测仪的工作过程是：工作人员将检测仪接触在罐车后侧的横截面上，注意超声波检测仪的底部要用罐底在同一个水平线上；启动液位检测按钮，超声波检测仪开始工作，检测仪的具有超声波发射器和接收器的超声波传感器U5、U6同时工作，接收器收到反射回来的超声波，进入放大电路，然后系统对放大的超声波进行A/D转换，送给MCU进行数据处理，包括温度补偿和数据校正，中央微处理器MCU根据处理结果在显示器上显示液位，同时把测得液位结果存储在U盘里，供后期工作人员查询。如果液位低于系统设定的最低限值，检测仪将进行声光报警。由于本装置设有温度补偿装置，能够对测得液位偏差进行自动补偿。锂电池供电模块可以给整个检测仪进行供电，选用的是超低功耗超声传感器和其他模块，电池模块可以维持系统正常工作1-4周。检测仪外部采用塑胶密封，防水和抗摔能力强。

本装置可以通过设置微处理器中的程序而采用数字信号处理的方法判断超声波的传播时间。超声波回波信号处理的关键就是对起始点的判断，提高判断起始点的精确度就是提高检测仪的测量精度。对超声波回波信号采用带通数字滤波器进行滤波，滤除干扰，从而提高对起始点判断的精确度，即提高液位测量的精度。经过数字滤波后，系统对回波信号进行数值处理，判断超声波回波的起始点。找回波信号的起始点就是找信号的突变点。本装置建议使用概率检验法判断回波信号的起始点，从而提高检测精度。

Claims (1)

1.一种便携式非接触超声波罐体液位检测仪，包括中央微处理器以及由锂电池组构成的电源模块，所述电源模块为所述中央微处理器提供工作电源，其特征在于：所述系统还包括一个数据采集模块、一个存储模块、报警模块和显示模块，所述数据采集模块由超声波信号采集和处理单元、温度信号采集和处理单元构成；其中，所述超声波信号采集和处理单元由超声波传感器、放大电路和A/D转换模块组成，所述超声波传感器采集回来的超声波信号经过放大电路放大和A/D转换模块转换成数字信号后输出至所述中央微处理器的超声波信号输入端；所述温度信号采集和处理单元由温度传感器、放大电路和A/D转换模块组成，所述温度传感器采集回来的温度信号经过放大电路放大和A/D转换模块转换成数字信号后输出至所述中央微处理器的温度信号输入端中央；所述存储模块由USB接口模块和U盘构成，所述USB接口模块为所述中央微处理器和U盘提供双向的数据传递；所述中央微处理器分别向所述报警模块和显示模块输出报警信号和显示信号。

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