摘要：對惡劣條件下的液位測量技術(shù)進(jìn)行了研究，提出一種應(yīng)用比較脈沖法的紅外脈沖雷達(dá)測量方法，能實現(xiàn)低成本、高精度的液位測量.
1引言
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，液位的實時、在線監(jiān)測一直是國內(nèi)外計量行業(yè)的難題首先，由于某些現(xiàn)場環(huán)境惡劣，防爆要求極其嚴(yán)格，要求各種測量過程中盡量做到電不入罐，這就使多種儀表及傳感器的應(yīng)周受到限制.其次，各種測量儀器的性價比值也是一個重要的影響因素.從目前應(yīng)用情況來看，超聲波探測式液位計能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式在線測量，但存在一次儀表帶電問題，應(yīng)用范圍非常有限；鋼帶浮子式液位計采用了防爆措施，但一次儀表帶電問題仍沒有解決，存在著火災(zāi)危險，且屬于接觸式測量，不適用于在線檢測；雷達(dá)液位計采用非接觸式測量，成功解決了一次儀表帶電問題，并且適用于在線實時檢測，但高昂的價格使用戶望而止步.由于以上種種原因，目前國內(nèi)許多地方還采用比較落后的方法進(jìn)行液位測量，精度低、靈敏度低，工作強(qiáng)度大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到液位測量的實際要求，當(dāng)前急需研究一種高精度、穩(wěn)定性好、安全防烯的液位在線實時檢測技術(shù).
我們將紅外測量技術(shù)和脈沖比較方法相結(jié)合，提出了一種應(yīng)用脈沖比較法的紅外脈沖雷達(dá)液位計設(shè)計方案，可實現(xiàn)性價比較高的液位測量.
2紅外脈沖測量系統(tǒng)
用于液位檢測的紅外脈沖雷達(dá)結(jié)構(gòu)如圖1所示.
該測量系統(tǒng)包括安裝于罐頂?shù)募t外脈沖雷達(dá)，和位于油區(qū)外測量控制室的脈沖發(fā)射、脈沖接收、信號處理、控制單片機(jī)、數(shù)據(jù)處理和顯示等二次儀表兩個部分組成.本測量系統(tǒng)的的測量原理是脈沖式雷達(dá)測距原理，紅外脈沖雷達(dá)包含由紅外信號發(fā)射和接收部分.紅外脈沖雷達(dá)向液面發(fā)射光脈沖，并接收自液面反射的光脈沖信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)蕉蝺x表部分.采用這種測量方式，具有很高的安全防爆性能，并且該系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，安裝維修方便，容易實現(xiàn)微機(jī)遙測聯(lián)網(wǎng)，這更有利于大型油庫的罐群計量和管理.
本系統(tǒng)的二次儀表電學(xué)部分采用測脈沖個數(shù)的計數(shù)比較方式，僅依靠測量從液面反射回來的光信號個數(shù)就能得到液位的信息.
3測量原理
3.1系統(tǒng)罐內(nèi)部分測量原理圖
本系統(tǒng)采用光學(xué)非接觸式動態(tài)測量原理，其罐內(nèi)部分示意如圖2.
圖2 光學(xué)非接觸式動態(tài)測量原理圖
信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率一定的方波信號，并有兩路輸出.1路作為參考脈沖送往信號處理部分，2路作為測量脈沖，經(jīng)開關(guān)電路后作為發(fā)生信號觸發(fā)發(fā)射二極管向被測液面發(fā)射紅外脈沖信號.接收二極管接收到信號后，有三路輸出.5路作為開關(guān)電路控制信號，控制開關(guān)電路的關(guān)閉與開啟；4路作為發(fā)射二極管的控制信號；另外3路作為測量脈沖信號送往信號處理部分.
3.2公式推導(dǎo)
設(shè)開始測量的時刻為時間零點，可以認(rèn)為參考脈沖和測量脈沖在時間零點發(fā)生第一次周期重疊.當(dāng)二次儀表檢測到參考脈沖和測量脈沖發(fā)生第二次周期重合，用計數(shù)器分別可以記錄參考脈沖和測量脈沖的個數(shù)（各記為m，2），設(shè)此時的時刻為t，并設(shè)參考脈沖的的周期為h，測量脈沖的周期為T2.
由測量原理有以下公式：
其中d為待測距離，C為光的傳播速度.
從上面公式分析可以知道測量系統(tǒng)中參數(shù)對測量精度的影響，對上式兩邊微分有：
可以看出△d越小，測量精度越高，可以看出精度與測量脈沖的周期成反比，與測量脈沖的頻率成正比.要想提高系統(tǒng)的測量精度，提高測量脈沖的頻率是一個主要途徑.在實際測量過程中，還可以采用重復(fù)測量來減少誤差，提高測量精度.
4紅外雷達(dá)液位計的主要技術(shù)參數(shù)
測量范圍：0-30m（可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行調(diào)整）；
被測介質(zhì)形態(tài)：液態(tài)物體；
測量精度：1mm；
參考脈沖工作頻率：1M（可按照用戶的需要調(diào)整）；
被測介質(zhì)溫度范圍：-20~+150℃；
工作環(huán)境溫度：-20~60℃；
工作電壓：10-12v
5結(jié)束語
本文對脈沖式激光雷達(dá)測距原理在油罐液位的光學(xué)非接觸測量進(jìn)行了研究.采用脈沖計數(shù)方式，測量過程和原理都很簡單，極大簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；脈沖式雷達(dá)可以采用峰值較高的脈沖式發(fā)光二極管，在被測液體反射率很低的情況下也可以工作，提高了液位計的使用范圍；測量中采用光脈沖作為信息載體，具有很好的安全防爆性能.
試驗結(jié)果表明，該測量方法是一種適合于在惡劣環(huán)境中工作，有很好的穩(wěn)定性、精度較高、成本低的的好方法.
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