專利名稱：便攜式非接觸超聲波罐體液位檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于對(duì)固井水罐車中液體液位進(jìn)行檢測(cè)的裝置，具體的說是涉及一種利用超聲波對(duì)水罐車中液體液位進(jìn)行檢測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
在油井固井過程中，需要檢測(cè)水的配注情況，即是要求水罐車中的水的液面要保證在一定的高度。為了達(dá)到這一技術(shù)要求，現(xiàn)有的做法是采用人工進(jìn)行檢測(cè)，就是由工作人員爬到罐的頂部觀察水的液面。由此產(chǎn)生的問題是由于罐的高度約為1. 5米，再加上車的 1. 3米高度，工作人員爬到罐檢測(cè)在雨雪天非常不安全，稍有不慎就會(huì)摔下來，此外，這種通過人為主觀判斷的觀測(cè)方式檢測(cè)效果也不準(zhǔn)確，誤差極大。因此，提供一種對(duì)水罐車中液面高度進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)的裝置已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中提出的現(xiàn)有技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種便攜式非接觸超聲波罐體液位檢測(cè)儀，該種便攜式非接觸超聲波罐體液位檢測(cè)儀不用接觸液面就能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)出罐內(nèi)液位并通過顯示器顯示，解決了現(xiàn)有檢測(cè)方法中通過人工檢測(cè)不準(zhǔn)確的問題。 此外，本檢測(cè)儀運(yùn)用了溫度補(bǔ)償模塊，使得測(cè)量精度得到有效提高。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是該種便攜式非接觸超聲波罐體液位檢測(cè)儀，包括中央微處理器以及由鋰電池組構(gòu)成的電源模塊，所述電源模塊為所述中央微處理器提供工作電源，其獨(dú)特之處在于所述系統(tǒng)還包括一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊、一個(gè)存儲(chǔ)模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊由超聲波信號(hào)采集和處理單元、溫度信號(hào)采集和處理單元構(gòu)成；其中，所述超聲波信號(hào)采集和處理單元由超聲波傳感器、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，所述超聲波傳感器采集回來的超聲波信號(hào)經(jīng)過放大電路放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出至所述中央微處理器的超聲波信號(hào)輸入端；所述溫度信號(hào)采集和處理單元由溫度傳感器、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，所述溫度傳感器采集回來的溫度信號(hào)經(jīng)過放大電路放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出至所述中央微處理器的溫度信號(hào)輸入端中央； 所述存儲(chǔ)模塊由USB接口模塊和U盤構(gòu)成，所述USB接口模塊為所述中央微處理器和U盤提供雙向的數(shù)據(jù)傳遞；所述中央微處理器分別向所述報(bào)警模塊和顯示模塊輸出報(bào)警信號(hào)和顯不信號(hào)。本實(shí)用新型具有如下有益效果本種便攜式非接觸超聲波罐體液位檢測(cè)儀具有以下主要特點(diǎn)首先，在本裝置中運(yùn)用了溫度補(bǔ)償模塊，使得測(cè)量精度得到有效提高。由于超聲波是一種聲波，它的傳播速度受空氣密度的影響，密度越大，傳播速度越快，而空氣密度和溫度有密切關(guān)系，溫度變化時(shí)，聲速也變化，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，所以本裝置中采用由數(shù)字溫度傳感器芯片構(gòu)成的溫度補(bǔ)償電路來降低溫度變化產(chǎn)生的測(cè)量誤差，有效提高了傳輸速度的測(cè)量精度。其次，檢測(cè)儀能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)罐內(nèi)液位，并通過顯示器顯示。當(dāng)參數(shù)超限時(shí)， 能夠聲光報(bào)警。再次，檢測(cè)儀本身帶有海量?jī)?nèi)存，液位參數(shù)能夠連續(xù)存儲(chǔ)，供檢測(cè)人員離線
3分析。此外，檢測(cè)儀具有超低功耗，由鋰電池供電，可以連續(xù)工作1-4周。綜上所述，本種便攜式非接觸超聲波罐體液位檢測(cè)儀是通過采用高精度超聲波傳感器測(cè)量罐體液位。為了獲取有效、可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)，本檢測(cè)儀采用由PIC微控制器構(gòu)成的超低功耗的數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)合由超大存儲(chǔ)器構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這些用以保障數(shù)據(jù)采集、 傳輸過程的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。本檢測(cè)儀在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的特殊情況，檢測(cè)儀具有抗振動(dòng)，防塵埃，防水、抗電磁輻射干擾能力強(qiáng)，不會(huì)受外界電子設(shè)備的電磁干擾而產(chǎn)生異常動(dòng)作，保障了系統(tǒng)的高可靠性，可以實(shí)用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。本裝置可以通過內(nèi)置于中央處理器中的程序來實(shí)現(xiàn)采用數(shù)字信號(hào)處理的方法判斷超聲波的傳播時(shí)間。超聲波回波信號(hào)處理的關(guān)鍵就是對(duì)起始點(diǎn)的判斷，提高判斷起始點(diǎn)的精確度就是提高檢測(cè)棒的測(cè)量精度。對(duì)超聲波回波信號(hào)采用帶通數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波，濾除干擾，從而提高對(duì)起始點(diǎn)判斷的精確度，即提高液位測(cè)量的精度。經(jīng)過數(shù)字濾波后，系統(tǒng)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)值處理， 判斷超聲波回波的起始點(diǎn)。找回波信號(hào)的起始點(diǎn)就是找信號(hào)的突變點(diǎn)。本裝置使用概率檢驗(yàn)法判斷回波信號(hào)的起始點(diǎn)，可以提高檢測(cè)精度。

圖1是本實(shí)用新型的組成示意圖。圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的電氣原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明由于現(xiàn)場(chǎng)施工要求，檢測(cè)裝置不能與液面接觸。因此，擬考慮非接觸式檢測(cè)方法。 由于罐的高度較高和車的移動(dòng)性，檢測(cè)裝置也無法安裝于罐的正上方，另外，固井所用的水罐與車為一體，而且罐與車之間沒有空隙，因此，只能考慮將檢測(cè)裝置安裝于水罐的側(cè)面截面上。綜合以上要求，本種便攜式非接觸超聲波罐體液位檢測(cè)儀按照如下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，包括中央微處理器以及由鋰電池組構(gòu)成的電源模塊，所述電源模塊為所述中央微處理器提供工作電源，其獨(dú)特之處在于所述系統(tǒng)還包括一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊、一個(gè)存儲(chǔ)模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊由超聲波信號(hào)采集和處理單元、溫度信號(hào)采集和處理單元構(gòu)成；其中，所述超聲波信號(hào)采集和處理單元由超聲波傳感器、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，所述超聲波傳感器采集回來的超聲波信號(hào)經(jīng)過放大電路放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出至所述中央微處理器的超聲波信號(hào)輸入端；所述溫度信號(hào)采集和處理單元由溫度傳感器、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，所述溫度傳感器采集回來的溫度信號(hào)經(jīng)過放大電路放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出至所述中央微處理器的溫度信號(hào)輸入端中央；所述存儲(chǔ)模塊由USB接口模塊和U盤構(gòu)成，所述 USB接口模塊為所述中央微處理器和U盤提供雙向的數(shù)據(jù)傳遞；所述中央微處理器分別向所述報(bào)警模塊和顯示模塊輸出報(bào)警信號(hào)和顯示信號(hào)。圖2顯示的是實(shí)施前述方案的一個(gè)具體技術(shù)方案。如圖所示，采集模塊由兩個(gè)超聲波傳感器U5、U6和溫度補(bǔ)償模塊U7構(gòu)成，其中超聲波傳感器U5用于檢測(cè)水液面位置，超聲波傳感器U6則用于檢測(cè)液面高度。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊由USB接口模塊U3和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U2構(gòu)成，中央微處理器Ul通過USB接口模塊U3 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U2進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器把液面高度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄下來，供查詢分析使
4用。本種超聲波檢測(cè)儀的工作過程是工作人員將檢測(cè)儀接觸在罐車后側(cè)的橫截面上，注意超聲波檢測(cè)儀的底部要用罐底在同一個(gè)水平線上；啟動(dòng)液位檢測(cè)按鈕，超聲波檢測(cè)儀開始工作，檢測(cè)儀的具有超聲波發(fā)射器和接收器的超聲波傳感器U5、U6同時(shí)工作，接收器收到反射回來的超聲波，進(jìn)入放大電路，然后系統(tǒng)對(duì)放大的超聲波進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，送給MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括溫度補(bǔ)償和數(shù)據(jù)校正，中央微處理器MCU根據(jù)處理結(jié)果在顯示器上顯示液位，同時(shí)把測(cè)得液位結(jié)果存儲(chǔ)在U盤里，供后期工作人員查詢。如果液位低于系統(tǒng)設(shè)定的最低限值，檢測(cè)儀將進(jìn)行聲光報(bào)警。由于本裝置設(shè)有溫度補(bǔ)償裝置，能夠?qū)y(cè)得液位偏差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。鋰電池供電模塊可以給整個(gè)檢測(cè)儀進(jìn)行供電，選用的是超低功耗超聲傳感器和其他模塊，電池模塊可以維持系統(tǒng)正常工作1-4周。檢測(cè)儀外部采用塑膠密封，防水和抗摔能力強(qiáng)。 本裝置可以通過設(shè)置微處理器中的程序而采用數(shù)字信號(hào)處理的方法判斷超聲波的傳播時(shí)間。超聲波回波信號(hào)處理的關(guān)鍵就是對(duì)起始點(diǎn)的判斷，提高判斷起始點(diǎn)的精確度就是提高檢測(cè)儀的測(cè)量精度。對(duì)超聲波回波信號(hào)采用帶通數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波，濾除干擾， 從而提高對(duì)起始點(diǎn)判斷的精確度，即提高液位測(cè)量的精度。經(jīng)過數(shù)字濾波后，系統(tǒng)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)值處理，判斷超聲波回波的起始點(diǎn)。找回波信號(hào)的起始點(diǎn)就是找信號(hào)的突變點(diǎn)。本裝置建議使用概率檢驗(yàn)法判斷回波信號(hào)的起始點(diǎn)，從而提高檢測(cè)精度。
權(quán)利要求1. 一種便攜式非接觸超聲波罐體液位檢測(cè)儀，包括中央微處理器以及由鋰電池組構(gòu)成的電源模塊，所述電源模塊為所述中央微處理器提供工作電源，其特征在于所述系統(tǒng)還包括一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊、一個(gè)存儲(chǔ)模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊由超聲波信號(hào)采集和處理單元、溫度信號(hào)采集和處理單元構(gòu)成；其中，所述超聲波信號(hào)采集和處理單元由超聲波傳感器、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，所述超聲波傳感器采集回來的超聲波信號(hào)經(jīng)過放大電路放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出至所述中央微處理器的超聲波信號(hào)輸入端；所述溫度信號(hào)采集和處理單元由溫度傳感器、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，所述溫度傳感器采集回來的溫度信號(hào)經(jīng)過放大電路放大和A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出至所述中央微處理器的溫度信號(hào)輸入端中央；所述存儲(chǔ)模塊由USB接口模塊和U 盤構(gòu)成，所述USB接口模塊為所述中央微處理器和U盤提供雙向的數(shù)據(jù)傳遞；所述中央微處理器分別向所述報(bào)警模塊和顯示模塊輸出報(bào)警信號(hào)和顯示信號(hào)。
專利摘要一種便攜式非接觸超聲波罐體液位檢測(cè)儀。主要解決固井水罐車液位只能依靠人工檢測(cè)導(dǎo)致測(cè)量精度不高的問題。其特征在于所述系統(tǒng)還包括一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊、一個(gè)存儲(chǔ)模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊由超聲波信號(hào)采集和處理單元、溫度信號(hào)采集和處理單元構(gòu)成；其中，所述超聲波信號(hào)采集和處理單元由超聲波傳感器、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，所述溫度信號(hào)采集和處理單元由溫度傳感器、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，所述超聲波信號(hào)和溫度信號(hào)分別輸出至所述中央微處理器的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端。本檢測(cè)儀不用接觸液面就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，并且運(yùn)用了溫度補(bǔ)償模塊，解決了現(xiàn)有檢測(cè)方法中通過人工檢測(cè)不準(zhǔn)確的問題，使得測(cè)量精度得到有效提高。
文檔編號(hào)G01F23/296GK202024805SQ20112006383
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月13日
發(fā)明者劉斌, 姜建國(guó), 姜春雷, 宋欣琪, 張玉波, 李卓, 梁洪衛(wèi), 畢洪波, 王秀芳, 闞玲玲 申請(qǐng)人:東北石油大學(xué)