一种无损探测管道中流体液位的装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于无损检测技术领域，公开了一种无损探测管道中流体液位的装置，包括：传感器、电磁检测装置、上位机；传感器接收电磁检测装置发送的激励信号，并产生相应的互感信号，互感信号传送至电磁检测装置，电磁检测装置通过对互感信号进行解算，获得互感信号的实部和虚部，并由上位机基于实部和虚部信息获得互感信息相位的变化量，进一步求得待测管道的液位高度。本发明专利技术可以实现对管道内流体液位的快速、准确测量，传感器设计既满足了测量要求，又可以避免接触式传感器易受腐蚀等问题，更加适合满足工业过程中对流体液位进行长期监测的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无损探测
，涉及一种无损探测管道中流体液位的装置。
技术介绍
电解质水是工业应用中非常重要的一相，其存在也非常广泛，如海上石油开采业中的工艺用水电导率就达到了4S/m，而在诸多工业过程中，出于工艺要求或者生产安全的原因，对液位的实时检测也是一个重要的环节。液位测量主要基于相界面两侧物质的物性差异或液位改变时引起有关物理参数的变化。目前存在的测量液位的方法有浮力法、静压法、电容法、超声法等。这些方法相应的都存在着接触、成本高、适用范围窄、安装实施不便等缺陷。
技术实现思路
（一）要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：提供一种无损探测管道中流体液位的装置，利用共轴线圈间的电磁互感信息快速、准确的测量流体液位。（二）技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种无损探测管道中流体液位的装置，其包括：传感器、电磁检测装置、上位机；所述传感器包括线圈和前端电路；所述线圈包括激励线圈和接收线圈，激励线圈和接收线圈作为一对共轴线圈以平行方式布置在套环表面上下两侧；所述前端电路包括功率放大模块、信号预处理模块和模拟开关，模拟开关连接激励线圈和接收线圈，用于控制激励信号和互感信号的通断，功率放大模块用于对传送至激励线圈的激励信号进行放大，信号预处理模块用于对由接收线圈传送至电磁检测装置的互感信号进行预处理；所述电磁检测装置用于向激励线圈上注入频率和幅值一定的正弦交流信号，对应的接收线圈上产生与激励信号频率相同的感应电压信号，感应电压信号传输到电磁检测装置后，经过AD采样转化成数字信号，FPGA主板对数字信号通过解调得到互感信号的实部和虚部，实部和虚部信息通过USB传输到上位机；所述上位机连接电磁检测装置，上位机根据实部和虚部信息计算出互感信号的相位信息，并结合预先标定的互感信号参考相位信息，得出互感信号相位信息的变化量，进一步解算出待测管道流体液位；上位机还用于设置激励信号参数及实时显示测量结果。其中，所述传感器包括套环，套环套设在待测流体管道上，激励线圈和接收线圈安装在套环上。其中，所述激励线圈和接收线圈由表面绝缘的漆皮铜丝缠绕而成。其中，所述激励线圈和接收线圈轴向与待测流体管道中液面垂直。其中，所述传感器四周包裹屏蔽材料。其中，所述电磁检测装置包括微处理器，以及与微处理器连接的直接数字频率合成器、数/模转换模块、累加器、模/数转换模块和USB，微处理器控制直接数字频率合成器生成激励信号，激励信号传送至数/模转换模块进行数/模转换，转换后的激励信号传送至功率放大模块；互感信号经信号预处理之后传送至模/数转换模块进行模/数转换，模/数转换后的互感信号传送至累加器进行正交解调处理，得到互感信号的实部和虚部，实部和虚部信息通过USB传输到上位机；微处理器向模拟开关传送逻辑控制信号，控制模拟开关对激励信号和互感信号的通断。其中，所述电磁检测装置和前端电路中的各模块之间采用同轴电缆连接。本专利技术还提供了一种基于上述无损探测管道中流体液位的装置的测量方法，其包括以下步骤：S1：标定互感信号参考相位信息。选用与待测管道参数相同的测试管道，在测试管道内未通入流体的情况下，测试出相对应的互感信号相位信息，作为互感信号参考相位信息；S2：建立线圈互感信号相位信息的变化量PAC和管道中液体部分纵向截面积VSA之间的关系式：PAC=aVSA-b其中，参数a和b的值与待测管道半径、管道中通入的流体类型有关，通过选用与待测管道参数相同的测试管道，多次通入不同液位高度的流体，测试出相对应的线圈互感信号相位信息，拟合PAC和VSA之间的关系，求出a和b；S3：对于待测流体管道，通过上述装置测得线圈互感信号相位信息的变化量，代入上述关系式，计算管道中液体部分纵向截面积VSA；S4：利用下述公式计算液位高度h；其中，R为管道半径，h为液位。其中，所述步骤S2中，测试线圈互感相位信息的变化量时，采取互补测量方法，即每次测量分两次进行，两次测量过程中激励线圈和接收线圈互换，测试结果取两次测量结果的平均值。（三）有益效果上述技术方案所提供的无损探测管道中流体液位的装置，可以实现对管道内流体液位的快速、准确测量，传感器设计既满足了测量要求，又可以避免接触式传感器易受腐蚀等问题，更加适合满足工业过程中对流体液位进行长期监测的需求附图说明图1是本专利技术实施例装置中传感器的安装示意图；图2是本专利技术实施例装置的原理框图；图3是本专利技术实施方法中的仿真图；图4是本专利技术实施方法中的测试结果及误差图示。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。电磁法测量液位原理是分析电解质液位对测量线圈间互感信号相位信息的影响，从中找到规律并建立两者之间的对应关系，从而实现对液位的实时测量和监测。相比较其他方法，电磁法的优点是非接触、成本低、适用范围广、安装实施方便等，特别是其非接触测量的特性，使它可以在测量对象不可视的情况下完成任务，因此是一种有着重要的应用前景和现实意义的测量方法。参照图1和图2所示，本实施例无损探测管道中流体液位的装置包括三部分：传感器、电磁检测装置、上位机。其中，传感器包括套环、激励线圈和接收线圈，套环套设在待测流体管道上，激励线圈和接收线圈作为一对共轴线圈以平行方式布置在套环表面上下两侧，其中一个作为激励，另一个作为接收，两者的功能具有互换性。所述的共轴线圈为中心轴线重合的两个线圈，由表面绝缘的漆皮铜丝缠绕而成，线圈的半径一定，线圈间的轴向距离一定，这两个参数与待测流体管道尺寸有关。本实施例中，共轴线圈轴向与待测流体管道中液面垂直。传感器四周包裹屏蔽材料，测量过程中线圈安装在管道外表面，既可以满足测量需求，又可以避免测量传感器和被测电解质之间的直接接触，防止长时间接触造成的传感器腐蚀问题，延长使用寿命，保证测量精度。传感器还包括前端电路，前端电路包括功率放大模块、信号预处理模块和模拟开关，模拟开关连接激励线圈和接收线圈，用于控制激励信号和互感信号的通断，功率放大模块用于对传送至激励线圈的激励信号进行放大，信号预处理模块用于对由接收线圈传送至电磁检测装置的互感信号进行预处理。为了增加测量范围，激励信号的频域较宽，由于宽频信号在传输过程中容易受到噪声干扰，在中长距离的传输时衰减现象也比低频信号严重，本实施例设计了前端电路来解决这个问题，前端电路可以实现激励信号的关断、功率放大、互感信号的预处理等功能，前端电路与线圈一起组成传感器。电磁检测装置包括FPGA主板，具有产生激励交流信号、模数转换、相敏解调以及与上位机进行指令交互的功能。具体地，电磁检测装置包括微处理器，以及与微处理器连接的直接数字频率合成器、数/模转换模块、累加器模块、模/数转换模块和USB，微处理器控制直接数字频率合成器生成激励信号，激励信号传送至数/模转换模块进行数/模转换，转换后的激励信号传送至功率放大模块；互感信号经信号预处理之后传送至模/数转换模块进行模/数转换，模/数转换后的互感信号传送至累加器模块进行正交解调处理，得到互感信号的实部和虚部，实部和虚部信息通过USB传输到上位机，由上位机根据此实部和虚部信息计算出互感信号的相位信息，并结合预先标定的互感信号参考相位信息，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无损探测管道中流体液位的装置，其特征在于，包括：传感器、电磁检测装置、上位机；所述传感器包括线圈和前端电路；所述线圈包括激励线圈和接收线圈，激励线圈和接收线圈作为一对共轴线圈以平行方式布置在套环表面上下两侧；所述前端电路包括功率放大模块、信号预处理模块和模拟开关，模拟开关连接激励线圈和接收线圈，用于控制激励信号和互感信号的通断，功率放大模块用于对传送至激励线圈的激励信号进行放大，信号预处理模块用于对由接收线圈传送至电磁检测装置的互感信号进行预处理；所述电磁检测装置用于向激励线圈上注入频率和幅值一定的正弦交流信号，对应的接收线圈上产生与激励信号频率相同的感应电压信号，感应电压信号传输到电磁检测装置后，经过AD采样转化成数字信号，FPGA主板对数字信号通过解调得到互感信号的实部和虚部，实部和虚部信息通过USB传输到上位机；所述上位机连接电磁检测装置，上位机根据实部和虚部信息计算出互感信号的相位信息，并结合预先标定的互感信号参考相位信息，得出互感信号相位信息的变化量，进一步解算出待测管道流体液位；上位机还用于设置激励信号参数及实时显示测量结果。

【技术特征摘要】
1.一种无损探测管道中流体液位的装置，其特征在于，包括：传感器、电磁检测装置、上位机；所述传感器包括线圈和前端电路；所述线圈包括激励线圈和接收线圈，激励线圈和接收线圈作为一对共轴线圈以平行方式布置在套环表面上下两侧；所述前端电路包括功率放大模块、信号预处理模块和模拟开关，模拟开关连接激励线圈和接收线圈，用于控制激励信号和互感信号的通断，功率放大模块用于对传送至激励线圈的激励信号进行放大，信号预处理模块用于对由接收线圈传送至电磁检测装置的互感信号进行预处理；所述电磁检测装置用于向激励线圈上注入频率和幅值一定的正弦交流信号，对应的接收线圈上产生与激励信号频率相同的感应电压信号，感应电压信号传输到电磁检测装置后，经过AD采样转化成数字信号，FPGA主板对数字信号通过解调得到互感信号的实部和虚部，实部和虚部信息通过USB传输到上位机；所述上位机连接电磁检测装置，上位机根据实部和虚部信息计算出互感信号的相位信息，并结合预先标定的互感信号参考相位信息，得出互感信号相位信息的变化量，进一步解算出待测管道流体液位；上位机还用于设置激励信号参数及实时显示测量结果。2.如权利要求1所述的无损探测管道中流体液位的装置，其特征在于，所述传感器包括套环，套环套设在待测流体管道上，激励线圈和接收线圈安装在套环上。3.如权利要求2所述的无损探测管道中流体液位的装置，其特征在于，所述激励线圈和接收线圈由表面绝缘的漆皮铜丝缠绕而成。4.如权利要求2所述的无损探测管道中流体液位的装置，其特征在于，所述激励线圈和接收线圈轴向与待测流体管道中液面垂直。5.如权利要求1所述的无损探测管道中流体液位的装置，其特征在于，所述传感器四周包裹屏蔽材料。6.如权利要求1所述的无损探测管道中流体液位的装置，其特征在于，所述电磁检测装置包括微处理器，以及与微处理器连接的直接数字频率合成器、数/模转换模块、累加器、模/数转换模块和USB，微处理器控制直接数字频...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈广，所玉君，崔建飞，
申请(专利权)人：天津津航计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12