原油罐液位实时检测系统的设计.docx

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原油罐液位实时检测系统的设计

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密级学号

毕业设计（论文）

基于光纤的液位检测及其显示电路设计

院（系、部）：

姓年专名：

级：

业：

信息工程学院徐燕华2002级电气工程及其自动化

王

指导教师：

教师职称：

伟师

讲

2006

年

6

月

23

日·北京

声

明

本人郑重声明：

所呈交的学位论文（毕业设计说明书），是本人在导师指导下，独立进行研究（设计）工作的总结。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

签

名：

徐燕华日

期：

2006年6月23日

北京石油化工学院学位论文电子版授权使用协议

论文《基于光纤的液位检测及其显示电路设计》系本人在北京石油化

工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。

本人系作品的唯一作者，即著作权人。

现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。

本人承诺：

已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。

本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及全文部分浏览服务。

公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。

注：

本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。

院系名称：

信息工程学院作者签名：

徐燕华学号：

2006年6月23

日

基于光纤的液位检测及其显示电路设计

摘

要

精确地实现对易燃易爆液体液位的测量,是现代测量科学的重要课题。

本文设计一种利用单片机与光纤传感器组成的液位测量系统。

文中完成对光纤液位检测系统的检测原理、数据采集及信号处理、液位显示等内容的理论分析和相关的软硬件设计。

光纤液位计采用先进的光纤传感技术和传统的力平衡原理相结合，实现对原油罐液位实时检测，被测液位信号通过磁力耦合系统和光学编码器产生光脉冲信号，经光缆传输到光电转换器，变成电信号进行处理。

特别是光信号转换成电信号，对脉冲信号的判向和脉冲个数的如何计数作了详细地分析。

该系统实现了现场全光无电在线检测,具有很好的稳定性和抗干扰能力。

系统做到了无电检测和传输,系统安全、防爆。

关键词：

液位检测，光纤传感器，光码盘，单片机

I

基于光纤的液位检测及其显示电路设计

Abstract

Measurementtotheliquidleveloftheinflammableandexplodeliquid,isanimportantsubjectofmodernmeasuringscience.Thetheoreticanalysisandsoftwareandhardwaredesignofthemeasureprinciple,dataacquisitionandsignalprocessingandliquiddisplayoftheopticalfibreliquidlevelmeasuringsystemiscompletedinthisarticle.Sensingtechnologiesofadvancedopticalfiberandprincipleoftraditionalpowerbalanceareadoptedintheopticalfiberliquid-levelMeter.Theliquid-levelofoilcanbemeasurereal-timebythismeter.Themeasuredsignalarechangedtolightpulsesbymagneticforcecouplesystemandopticscoder,andtransmittedbylightcable.Thenthelightsignalistunedintoelectricalsignalbythelight-electricitydevice.Especiallythelightsignalistunedintoelectricalsignal,pulsesignalisjudgedthedirectionbytneelectriccircurtandcountedbythemeasureelectriccircuitaremakedtoexplaininthearticle.Theon-linedetectionwithlightandwithoutelectricpowerinthemeasuringfieldhasbeencompletedinthesystem.Theexcellentstabilityandanti-jammingcapabilitymaybeprovidedbyit.Liquid-levelsignalsismeasuredandtransmittedasthemodeofno-electricityinthesystem.Thesystemissafetyandflameproof.

Keywords：

liquidlevelmeasurement，theopticalfibrespreadsafeelingmachine，thelightcodedish，singlechipmicrocomputer.

II

基于光纤的液位检测及其显示电路设计

目

录

第一章绪论……………11.1光纤液位测量技术概况……21.2国内外液位传感器的现状……31.3传感技术的发展及应用……….51.4研究的基本方向和本论文的任务……6第二章总体方案的设计..………72.1系统原理的分析……72.2器件的选择……82.3光电转换器及信号的处理……13第三章检测电路设计………15

3.1光电转换及放大电路……153.2整形及方向判别电路……16第四章信号处理系统的设计……20

4.1脉冲的计数……204.2液位显示部分……224.3转换程序……25第五章总结……285.1结论……285.2对该系统研究的展望……28参考文献……29致谢…………30附录…………31

III

基于光纤的液位检测及其显示电路设计

第一章绪论

光纤是二十世纪人类的一项重要发明，它的出现对人类进入信息时代具有不可估量的作用。

光纤的发明及发展与人们对通信系统不断提高信息传输容量的要求有密切的关系。

1966年，任职于英国国际电话电报公司的华裔科学家高馄博士，发表了一篇名为《光频率的介质纤维表面波导》的论文，开创性地指出，可以用玻璃做光学纤维传送讯号，从此开始了光纤通信的革命。

人们对光通信的需求极大地促进了光纤的研究和生产，光纤的应用也已不再局限于通信领域，光纤技术正渗透到许多领域中，如科学研究、工业控制、交通、能源、建筑以及军事等等，其发展方兴未艾，前景广阔。

[1]本章简要介绍光纤传感、光纤光栅及其传感技术的发展概况和应用，液位测量技术的发展，最后简要介绍本文的主要工作。

1.1液位测量技术概况

液位传感器是指检测液体高度信息的仪器，液位测量技术在工程领域有着极为广泛的应用。

在一般的生产工艺加工过程中，通常只需要对物料的表面位置进行记录和储存，以作为确保生产工艺、安全等方面的需要。

随着生产自动化程度的不断提高，必须首先对液位测量数据进行控制与调节，以保证自动化生产能够自动控制在最佳状态。

在现代化的企业生产过程中，采用计算机控制系统对生产进行各种综合控制与管理的普及，控制系统的智能化、统一化，要求测量的对象要广、测量的精度要高、可靠性要好、实用性要强、且适用于特殊测量环境等，这些对液位测量技术也提出了更高的要求。

尤其是当液面具有波动和存在气泡，或液面高度随时间改变的动态测量，或被测介质具有粘滞性、导电性，或需要考虑容器的密封性以及介质是否含有腐蚀物、毒性和易爆性等情况下，选择合适的液位测量技术就显得尤为重要。

[2]目前国内外工业生产中普遍采用的液位测量方法有19种以上，主要有以下几大类:

1）机械浮子类液位计测量原理是利用传动装置把与液位同高度的浮子高度信息转换成脉冲信号或连续信号，转换器是一些机械舌簧、磁铁、电子或光电设备。

此类液位计可以进行连续测量，其问题是积聚在传动机械臂上的污物（如水垢沉积）会限制浮子运动，从而产生故障。

1

基于光纤的液位检测及其显示电路设计

2）电子类液位传感器测量原理是把液位的变化转化为电气参数的变化，利用一定的测量电路将电参数检测出来，从而达到测量液位的目的。

其中最常用且最成熟的是电容式液位传感器。

电容式液位计它是利用空气和液体作电容器两极极板间的电介质，将液位变化转换成静电电容变化，用电子学方法测量电容值，从而探测液体高度信息。

它结构简单，精度较高，而且量程广，适合于测量各种介质（导电介质、非导电介质）的液位，但是要求液体具有相同、稳定的介电常数，需要有温度的补偿。

尤其用长电缆连接时，对电缆中的干扰和寄生电容很敏感，精度较差，且对导电介质或粘性介质，误差较大、易受干扰，严重影响测量结果。

电阻式液位计探测器在空气中的阻值要比它浸在液体中的阻值大得多，通过电子学方法测量液体容器底部与顶部之间的电阻，从中可探知液位信息。

其测量精度受液体污染情况的影响较大，探针的污染和沉积物，会导致错误的输出，在直流工作时会产生电解，响应速度慢。

3）热学式液位计由热敏电阻发出的信号可用来指示这类元件是否浸在液体中。

它结构小，适用于圆筒容器、玻璃柱、管道等，但这种方法仅能进行点测量，而不能用于液位的连续测量。

4）雷达液位传感器雷达传感器就是利用发射一反射一接收的原理来测量距离的，因此可用于有毒、有害的恶劣环境下。

雷达液位传感器的传输信号是一种特殊形式.的电磁波，其物理特性与可见光相似。

雷达信号是否可以被反射取决于被测介质的导电性和被测介质的介电常数两个因素。

所有导电介质都能很好地反射雷达信号，导电性不太好的介质也能被很准确地测量。

雷达波不易受干扰，巨能穿透塑料容器或玻璃容器进行测量，无需在容器上开孔，能实现非接触测量，即使在飞灰、粉尘强烈并有很强旋涡的环境下也能进行准确测量。

然而雷达传感器的测量信号运行时间极短，这给信号分析处理提出了极高的要求，造成它的价格昂贵、技术实施困难。

5）超声波液位传感器超声波液位传感器发展很快、应用也很广泛，常用于测量明渠液位及开口容器内液位。

由超声换能器发射的超声脉冲经空气在被测介质上反射，再返回接收换能器，测量该超声脉冲往返时间，就能得到超声换能器辐射面到被测液面的距离。

根据换能器安装高度，就能得出液位高度。

但声波传播速度多受环境因素影

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基于光纤的液位检测及其显示电路设计

响，其测量信号的可靠性较差，误差较大，校正补偿复杂。

6）同位素/放射性液位传感器它是利用放射性同位素射线（如a射线、p射线、Y射线）的穿透和反射能力，当a射线、p射线、Y射线到达被测液体