[發(fā)明專利]一種超長量程磁致伸縮液位計(jì)DAC補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110259316.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN113008338B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田中山;楊昌群;牛道東;李育特;王現(xiàn)中;馬君旺;唐志峰;陳會(huì)明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司華南分公司;浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F25/20
• 分類號(hào): G01F25/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種超長量程磁致伸縮液位計(jì)DAC補(bǔ)償方法。包括在波導(dǎo)絲表面形成扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波；檢波裝置接收回波信號(hào)并處理獲得幅值和距離；并由檢波裝置記錄；在量程范圍內(nèi)，回波信號(hào)的幅值均大于參考幅值；在量程范圍外，對(duì)回波信號(hào)衰減后幅值小于參考幅值的進(jìn)行增益補(bǔ)償，計(jì)算游標(biāo)磁環(huán)所在位置對(duì)應(yīng)的幅值與參考幅值的比值，并將比值轉(zhuǎn)化為輸入電壓，然后繪制距離?輸入電壓曲線，從距離?輸入電壓曲線上找到每個(gè)距離所對(duì)應(yīng)的輸入電壓，并將輸入電壓輸出施加到可變?cè)鲆娣糯笃魃希瑥亩鴮?shí)現(xiàn)磁致伸縮液位計(jì)DAC的補(bǔ)償。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)有效的監(jiān)測(cè)回波幅值并將其放大至檢波裝置可識(shí)別的回波信號(hào)，為磁致伸縮液位計(jì)實(shí)現(xiàn)量程擴(kuò)大化提供了一個(gè)新的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及一種儀器量程補(bǔ)償技術(shù)，具體涉及一種利用DAC曲線特性，對(duì)磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量時(shí)的回波衰減進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

背景技術(shù)

液位計(jì)主要用來測(cè)量容器中液體介質(zhì)的高低，多用于工業(yè)瓦罐的內(nèi)部液位測(cè)量，其具有磁浮式，壓力式，光纖式，磁致伸縮式等多種類型，磁致伸縮液位計(jì)是一種非接觸式測(cè)量儀器，在測(cè)量中超聲波脈沖由換能器發(fā)出，聲波經(jīng)波導(dǎo)絲傳播并反射后被超聲波接收器接收，通過磁致伸縮器件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并由聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來計(jì)算傳感器到被測(cè)液體表面的距離，該種方法幾乎不受被測(cè)介質(zhì)限制，可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測(cè)量。

在磁致伸液位計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用中，由于接收的超聲波回波信號(hào)隨著液面深度有著不同的衰減，因此需要對(duì)其信號(hào)進(jìn)行一定的補(bǔ)償，使用DAC補(bǔ)償技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與補(bǔ)償可以有效減少因信號(hào)衰減所引起的誤差。

DAC曲線指的是距離-波幅曲線，用來描述某一確定反射體回波高度隨距離變化的關(guān)系，其常用在導(dǎo)波檢測(cè)領(lǐng)域。在導(dǎo)波傳播過程中，所有扭轉(zhuǎn)波模態(tài)的導(dǎo)波其能量的衰減量與導(dǎo)波的聲程呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，因此，在液位計(jì)實(shí)際使用中，對(duì)于不同的液面深度導(dǎo)波有著不同的衰減率，而且難以測(cè)量，該發(fā)明提供了一種基于能量衰減的規(guī)律，繪制DAC曲線，并使用可變?cè)鲆娣糯箅娐穼?duì)傳感器量程進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)超聲波液位傳感器利用磁致伸縮換能器激發(fā)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波根據(jù)深度不同回波有不同程度的衰減問題，本發(fā)明提出了一種基于超聲回波在波導(dǎo)絲上的衰減規(guī)律，繪制距離-波幅曲線，并使用可變?cè)鲆娣糯笃鳎瑢?duì)回波振幅進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒āＭㄟ^對(duì)液面深度加大時(shí)逐漸放大增益，從而使得超聲回波在傳輸衰減的過程中的得到相應(yīng)的補(bǔ)償，增大了回波信號(hào)的信噪比，提高了回波振幅在超長量程下的可識(shí)別性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的超長量程磁致伸縮液位計(jì)DAC補(bǔ)償方法，具體包括以下步驟：

1)波導(dǎo)絲的激勵(lì)端附近布置檢波線圈，波導(dǎo)絲在遠(yuǎn)離激勵(lì)端的位置布置游標(biāo)磁環(huán)，磁致伸縮液位計(jì)的激勵(lì)模塊在波導(dǎo)絲的激勵(lì)端施加查詢脈沖，查詢脈沖經(jīng)過檢波線圈后以光速在波導(dǎo)絲周圍形成周向的安培環(huán)形磁場(chǎng)，安培環(huán)形磁場(chǎng)與游標(biāo)磁環(huán)位置的永磁磁場(chǎng)發(fā)生耦合作用，在波導(dǎo)絲表面由于“魏德曼效應(yīng)”形成扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波；

2)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波以波速向波導(dǎo)絲的兩端傳播，傳向波導(dǎo)絲激勵(lì)端的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波經(jīng)檢波線圈接收后再經(jīng)增益電路輸出放大后的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波信號(hào)，增益電路的兩輸入端與檢波線圈連接，增益電路的輸出端與檢波裝置連接，檢波裝置接收扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波信號(hào)后處理獲得扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波信號(hào)的幅值，并計(jì)算游標(biāo)磁環(huán)所在位置與磁致伸縮液位計(jì)量程起點(diǎn)之間的距離x；

3)游標(biāo)磁環(huán)在磁致伸縮液位計(jì)量程范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)，檢波裝置不斷記錄游標(biāo)磁環(huán)所在位置以及游標(biāo)磁環(huán)所在位置對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波信號(hào)的幅值，并將游標(biāo)磁環(huán)所在位置和對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波信號(hào)的幅值作為單個(gè)采集數(shù)據(jù)點(diǎn)；

4)以扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波信號(hào)的幅值隨距離呈負(fù)指數(shù)衰減對(duì)采集數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行方程擬合，尋找游標(biāo)磁環(huán)移動(dòng)的最遠(yuǎn)位置，以及游標(biāo)磁環(huán)移動(dòng)的最遠(yuǎn)位置對(duì)應(yīng)的幅值A(chǔ)，以游標(biāo)磁環(huán)移動(dòng)的最遠(yuǎn)位置對(duì)應(yīng)的幅值A(chǔ)作為參考幅值A(chǔ)，游標(biāo)磁環(huán)移動(dòng)的最遠(yuǎn)位置是扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波衰減后能被檢波裝置識(shí)別的參考幅值A(chǔ)所對(duì)應(yīng)的位置，在磁致伸縮液位計(jì)量程范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力回波信號(hào)的幅值均大于參考幅值A(chǔ)；