一种无基准导波液位开关检测方法和系统

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202211218043.8 申请日 2022-09-30
公开(公告)号 CN115979378A 公开(公告)日 2023-04-18
申请人 中国人民解放军空军勤务学院; 申请人类型 学校
发明人 刘彬; 胡建强; 赵鹏程; 伍刚; 胡堂青; 第一发明人 刘彬
权利人 中国人民解放军空军勤务学院 权利人类型 学校
当前权利人 中国人民解放军空军勤务学院 当前权利人类型 学校
省份 当前专利权人所在省份:江苏省 城市 当前专利权人所在城市:江苏省南京市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:江苏省南京市鼓楼区西阁街85号 邮编 当前专利权人邮编:221000
主IPC国际分类 G01F23/28 所有IPC国际分类 G01F23/28B65D90/48
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 4 专利文献类型 A
专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限公司 专利代理人 陈月菊;
摘要 本 发明 公布了一种无基准导波液位 开关 检测方法和系统,属于液位监测技术领域。该方法首先采集并保存n个液位检测 信号 ,后续依次进行移位保存;然后在液位变化过程中,采集当前时刻下的液位检测信号,并计算其相对于前面保存的n个检测信号之间的变化值;最后依据n个信号变化值的截尾平均数判断液位是否到达检测高度。本发明不需要事先获取确定状态下的液位判别基准信号,并且通过计算多个信号变化值的截尾平均数来判别液位是否到达检测高度,从而简化了系统的使用,降低了系统误差对液位判别的影响,以及环境噪声对液位判别的影响,有助于促进油罐的安全管理。
权利要求

1.一种无基准导波液位开关检测方法,其特征在于,所述检测方法包括以下步骤:
S1,根据液位检测任务的需求,在待检测的液位高度处的油罐罐壁的外侧平布置一对导波激励‑传感元件;
S2,初始阶段,采用导波激励元件在油罐罐壁结构中激发出导波信号,导波传感元件采集n个油罐罐壁中传播的导波信号,标记为液位检测信号fi(t),t为信号采样时间,i=1,
2,…,n;
S3,在油罐液位变化过程中,使用导波激励元件在油罐罐壁中持续激发出导波信号,导波传感元件持续采集油罐罐壁中传播的导波信号,采集当前时刻下的液位检测信号f0(t),分别计算当前液位检测信号f0(t)与保存的前面n个液位检测信号fi(t)的变化值ei:
式(1)中:ei为检测信号fi(t)相对于f0(t)的差值;f0(t)为当前时刻下的液位检测信号;
fi(t)为检测系统内保存的前面第i个液位检测信号;
S4,计算n个信号变化值ei的截尾平均数
S5,对截尾平均数E进行分析:
当截尾平均数E大于或者等于设定阈值时,则判断液位已到达检测高度,结束流程;
当截尾平均数E小于设定阈值时,则舍弃最早的液位检测信号fn(t),令fi(t)=fi‑1(t),执行移位保存,返回步骤S3,继续检测液位变化。
2.根据权利要求1所述的无基准导波液位开关检测方法,其特征在于,所述设定阈值的测定过程包括以下步骤:
选取与待检测的油罐罐壁相同材质的材料制作测定容器,测定容器的体积远小于待检测的油罐罐壁,但大于预设体积阈值;
在测定容器的中部外侧布置一对导波激励‑传感元件;
向测定容器内注入液体,当液体的液位低于导波激励‑传感元件的安装高度时,采集多组低液位检测信号;当液体的液位高于导波激励‑传感元件的安装高度时,采集多组高液位检测信号;
采用公式(1)分别计算多组高液位检测信号相对于多组低液位检测信号的差值;选择所有差值中的最小值作为设定阈值。
3.根据权利要求1所述的无基准导波液位开关检测方法,其特征在于,所述n≥3,n的取值由噪声和处理器性能相关,n越大检测系统受噪声影响越小,信号存储和处理的负担越大。
4.一种无基准导波液位开关检测系统,其特征在于,所述无基准导波液位开关检测系统包括导波激励‑传感元件和处理器;
所述导波激励‑传感元件水平安装在待检测的液位高度处的油罐罐壁的外侧,导波激励元件用于持续在油罐罐壁结构中激发出导波信号,导波传感元件用于持续采集n个油罐罐壁中传播的导波信号,标记为液位检测信号fi(t),并发送至处理器,t为信号采样时间;
所述处理器根据如权利要求1至3任一项中所述的无基准导波液位开关检测方法对液位检测信号fi(t)进行处理,判断液位是否已到达检测高度。

说明书全文

一种无基准导波液位开关检测方法和系统

技术领域

[0001] 本发明属于液位检测技术领域,具体涉及一种无基准导波液位开关检测方法和系统。

背景技术

[0002] 油罐液位是油库管理工作中的重要控制参数,容量大于100m3的储罐应设置液位报警装置。导波液位开关检测方法不需要在油罐罐壁上开孔,不需要清罐、动火作业,非常方便调整检测的液位高度,受到了很多学者的关注。但是,导波液位开关使用一段时间之后,需要重新进行校准,获取确定状态下的信号作为液位检测的判别基准。而且,导波液位开关在使用过程中,环境噪声的影响也会造成导波液位开关发生误判。

发明内容

[0003] 解决的技术问题:本发明公开了一种无基准导波液位开关检测方法和系统,不需要事先获取确定状态下的液位判别基准信号,并且通过计算多个信号变化值的截尾平均数来判别液位是否到达检测高度,从而简化了系统的使用,降低了系统误差对液位判别的影响,以及环境噪声对液位判别的影响,有助于促进油罐的安全管理。
[0004] 技术方案:
[0005] 一种无基准导波液位开关检测方法和系统,所述检测方法包括以下步骤:
[0006] S1,根据液位检测任务的需求,在待检测的液位高度处的油罐罐壁的外侧平布置一对导波激励‑传感元件;
[0007] S2,初始阶段,采用导波激励元件在油罐罐壁结构中激发出导波信号,导波传感元件采集n个油罐罐壁中传播的导波信号,标记为液位检测信号fi(t),t为信号采样时间,i=1,2,…,n(n≥3);
[0008] S3,在油罐液位变化过程中,使用导波激励元件在油罐罐壁中持续激发出导波信号,导波传感元件持续采集油罐罐壁中传播的导波信号,采集当前时刻下的液位检测信号f0(t),分别计算当前液位检测信号f0(t)与保存的前面n个液位检测信号fi(t)的变化值ei:
[0009]
[0010] 式中:ei为检测信号fi(t)相对于f0(t)的差值;f0(t)为当前时刻下的液位检测信号;fi(t)为检测系统内保存的前面第i个液位检测信号;
[0011] S4,计算n个信号变化值ei的截尾平均数
[0012] S5,对截尾平均数E进行分析:
[0013] 当截尾平均数E大于或者等于设定阈值时,则判断液位已到达检测高度,结束流程;
[0014] 当截尾平均数E小于设定阈值时,则舍弃最早的液位检测信号fn(t),令fi(t)=fi‑1(t),执行移位保存,返回步骤S3,继续检测液位变化。
[0015] 进一步地,所述设定阈值的测定过程包括以下步骤:
[0016] 选取与待检测的油罐罐壁相同材质的材料制作测定容器,测定容器的体积远小于待检测的油罐罐壁,但大于预设体积阈值;
[0017] 在测定容器的中部外侧布置一对导波激励‑传感元件;
[0018] 向测定容器内注入液体,当液体的液位低于导波激励‑传感元件的安装高度时,采集多组低液位检测信号;当液体的液位高于导波激励‑传感元件的安装高度时,采集多组高液位检测信号;
[0019] 采用公式(1)分别计算多组高液位检测信号相对于多组低液位检测信号的差值;选择所有差值中的最小值作为设定阈值。
[0020] 进一步地,所述n≥3,n的取值由噪声和处理器性能相关,n越大检测系统受噪声影响越小,信号存储和处理的负担越大。
[0021] 本发明还公开了一种无基准导波液位开关检测系统,所述无基准导波液位开关检测系统包括导波激励‑传感元件和处理器;
[0022] 所述导波激励‑传感元件水平安装在待检测的液位高度处的油罐罐壁的外侧,导波激励元件用于持续在油罐罐壁结构中激发出导波信号,导波传感元件用于持续采集n个油罐罐壁中传播的导波信号,标记为液位检测信号fi(t),并发送至处理器,t为信号采样时间;
[0023] 所述处理器根据如前所述的无基准导波液位开关检测方法对液位检测信号fi(t)进行处理,判断液位是否已到达检测高度。
[0024] 有益效果:
[0025] 第一,本发明的无基准导波液位开关检测方法,通过计算当前检测信号与前面n次检测信号之间的变化值来判别液位是否到达检测高度,不需要事先获取确定状态下的液位判别基准信号,从而简化了系统的使用,并降低了系统误差对液位判别的影响。
[0026] 第二,本发明的无基准导波液位开关检测方法,通过计算n个信号变化值的截尾平均数来判别液位是否到达检测高度,从而降低了环境噪声对液位判别的影响。
[0027] 第三,本发明的无基准导波液位开关检测方法,算法简单,方便液位开关检测系统应用。
[0028] 第四,本发明的无基准导波液位开关检测方法,有助于促进油罐的安全管理。附图说明
[0029] 图1为本发明实施例的无基准导波液位开关检测方法流程图
[0030] 图2是0.6米时的液位检测信号f0(t)的波形图。
[0031] 图3是0.6米时采集信号的前一个液位检测信号f1(t)的波形图。
[0032] 图4是0.6米时采集信号前面保存的第二个液位检测信号f2(t)的波形图。
[0033] 图5是0.6米时采集信号前面保存的第三个液位检测信号f3(t)的波形图。
[0034] 图6是0.6米时采集信号前面保存的第四个液位检测信号f4(t)的波形图。
[0035] 图7是0.6米时采集信号前面保存的第五个液位检测信号f5(t)的波形图。
[0036] 图8是1米时的液位检测信号f0(t)的波形图。
[0037] 图9是1米时采集信号的前一个液位检测信号f1(t)的波形图。
[0038] 图10是1米时采集信号前面保存的第二个液位检测信号f2(t)的波形图。
[0039] 图11是1米时采集信号前面保存的第三个液位检测信号f3(t)的波形图。
[0040] 图12是1米时采集信号前面保存的第四个液位检测信号f4(t)的波形图。
[0041] 图13是1米时采集信号前面保存的第五个液位检测信号f5(t)的波形图。

具体实施方式

[0042] 下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明,但不以任何方式限制本发明。
[0043] 本实施例的无基准导波液位开关检测方法,首先采集并保存n个液位检测信号,后续依次进行移位保存;然后在油罐液位变化过程中,采集导波的检测信号,并计算当前时刻下的液位检测信号相对于前面n次检测信号之间的变化值;最后依据n个信号变化值的截尾平均数来判断液位是否到达检测高度。
[0044] n的取值与检测任务需求相关,n越大则检测系统受噪声影响越小,但是会增加信号存储和处理的负担。在本实施例中,假设n等于5。
[0045] 图1是本发明实施例的无基准导波液位开关检测方法的实施流程图:首先确定液位检测高度,并在需要检测的液位高度处水平布置一对导波激励‑传感元件;系统开始运行时,采集并保存n=5个液位检测信号;在油罐液位变化过程中,采集当前时刻下的液位检测信号,并计算其相对于前面5个检测信号之间的变化值;最后依据5个信号变化值的截尾平均数来判断液位是否到达检测高度。
[0046] 本实施例的液位开关检测对象是一个立式金属油罐,导波激励、传感元件均为PZT‑5A型压电传感器。实验设备为导波检测仪。
[0047] 液位判断阈值是由实验测得。具体的,选取与待检测的油罐罐壁相同材质的材料制作测定容器,测定容器的体积远小于待检测的油罐罐壁,但大于预设体积阈值;在测定容器的中部外侧布置一对导波激励‑传感元件;向测定容器内注入液体,当液体的液位低于导波激励‑传感元件的安装高度时,采集多组低液位检测信号;当液体的液位高于导波激励‑传感元件的安装高度时,采集多组高液位检测信号;采用公式(1)分别计算多组高液位检测信号相对于多组低液位检测信号的差值;选择所有差值中的最小值作为设定阈值。在本实施例中,设置液位判断阈值为1.1。本实施例的无基准导波液位开关检测方法包括如下步骤:
[0048] 步骤一:确定液位检测高度
[0049] 假设需要检测的液位高度为1米,则在液位高度1米处的油罐罐壁外侧水平粘贴2个PZT‑5A型压电传感器,两者水平方向相距0.2米,分别作为导波的激励元件和传感元件。
[0050] 步骤二:采集并保存5个液位检测信号
[0051] 系统开始运行时,首先使用导波激励元件在油罐罐壁结构中激发出导波信号,导波传感元件采集5个油罐罐壁中传播的导波信号。
[0052] 步骤三:采集当前时刻下的液位检测信号
[0053] 在油罐液位变化过程中,检测系统不间断的进行检测。例如液位为0.6米时,采集到的液位检测信号f0(t)如图2所示,其前面保存的5个液位检测信号f1(t)~fn(t)如图3~图7所示。
[0054] 步骤四:判别液位是否到达
[0055] 分别计算当前液位检测信号f0(t)与系统保存的前面5个液位检测信号f1(t)~fn(t)的变化值e1=0.7988,e2=0.9215,e3=1.0280,e4=0.9548,e5=0.9826。
[0056] 然后,计算该5个信号变化值e1~e5的截尾平均数,去掉最大值e3=1.0280、最小值e1=0.7988之后的平均值为E=0.9530,未大于设定阈值1.1,判别液位未到达检测高度,则舍弃最早保存的那个液位检测信号f5(t),然后移位保存fi(t)(fi+1(t)=fi(t),i=1,2,3,4),再保存f1(t)=f0(t),继续检测油罐液位变化。
[0057] 当液位达到1米时,采集到的液位检测信号f0(t)如图8所示,其前面保存的5个液位检测信号f1(t)~fn(t)如图9~图13所示。计算当前液位检测信号f0(t)与系统保存的前面5个液位检测信号f1(t)~fn(t)的变化值e1=1.2890,e2=1.2749,e3=1.3872,e4=1.4488,e5=1.3485。
[0058] 然后,计算该5个信号变化值e1~e5的截尾平均数,去掉最大值e4=1.4488、最小值e2=1.2749之后的平均值为E=1.3416,大于了设定阈值1.1,判断液位已到达检测高度。
[0059] 以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
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