自动检测装置

自动检测装置（共10篇）

自动检测装置 篇1

1 概述

基于目前京沪高铁建设后张法预应力箱梁施工工艺中, 箱梁钢筋绑扎、钢筋定位检查及管控的自动化程度不高等特点, 设计一个能替代钢筋定位绑扎中人工测量检查钢筋定位情况的自动检测装置。以提高检查钢筋定位效率, 提高检测钢筋定位精度。提高箱梁钢筋绑扎质量, 预应力张拉质量, 最终保证箱梁质量。

目前京沪高铁在建, 箱梁钢筋绑扎生产线上都使用钢筋绑扎胎具来定位钢筋。钢筋的定位是否准确关系到整个箱梁生产中底腹顶板钢筋绑扎后的箱梁整体受力以及预应力液压张拉施工的质量。如果钢筋胎具没有把底腹顶板及保护层各钢筋定位准确, 钢筋绑扎时就会出现偏差。同时预应力定位网的定位不准确, 预应力孔道定位网片的安装位置出现偏差, 现有的检查方式仅仅是工程师到钢筋绑扎现场使用量具目视检测, 钢筋繁多, 很多位置隐蔽深入, 无法测量。导致不能全面完整的检查, 而且人工检测存在不精确, 工作量大, 不能及时发现问题点的情况。在不能很好的发现和及时解决问题的情况下, 将此类钢筋投入下一道浇筑工序中, 以至于混凝土浇筑后的箱梁在整体受力以及预应力张拉方面存在质量问题, 由此可见钢筋胎具定位检测钢筋绑扎情况的重要性。

现有的定位方式采用钢筋胎具结构定位, 就是在钢筋胎具每处需要绑扎钢筋处把接触部分处理成凹槽或用角钢来定位钢筋位置, 预应力定位网片的定位仅仅靠人工测量焊接安装, 而这样定位安装势必会带来钢筋的位移形变。导致预应力孔道位置位移。人工安装的工作量大, 容易导致工人在绑扎时不易察觉, 质检工程师检查时工作量也相当大, 因此不能及时发现并处理此类问题, 所以有必要在钢筋安装在胎具上时设计一种能检测出钢筋安装定位是否到位、是否弯折、尺寸是否到位的检测装置, 并准确显示出钢筋安装不准处的位置, 提示工人立即修正。保证后张法预应力箱梁按照图纸设计以及规范要求达到其应有的受力效果。

2 设计要求

钢筋绑扎安装工艺依据:

《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》。

《铁路桥涵工程施工质量验收标准》。

2.1 操作程序

1) 梁体。

碰焊→下料→成型、制作定位网→摆放腹板定位网及箍筋→固定衬铁→在胎模上定位底板箍筋→绑扎纵向水平筋→绑扎端部钢筋→绑扎横隔墙钢筋→绑扎加强筋→挂垫块→修整→绑扎腹板顶板两根水平筋。

2) 桥面。

碰焊→下料→成型→焊衬铁→在胎模上定位底层钢筋→固定衬铁→摆放顶层钢筋→穿扎纵向水平筋→绑扎挡碴墙及竖墙钢筋→挂垫块→安装吊点加强网片→吊装就位→绑扎加强筋→修整。

2.2 钢筋的加工及绑扎质量要求

1) 受力钢筋顺长度方向, 当L>5 000 mm时容许误差为±20 mm, 当L≤5 000 mm时容许误差为±10 mm。

2) 弯起钢筋的位置容许误差±20 mm。

3) 桥面主筋间距与设计位置偏差要求不大于15 mm。

4) 箍筋间距偏差不大于15 mm。

5) 腹板箍筋的不垂直度 (偏离垂直位置) 不大于15 mm。

6) 钢筋保护层与设计位置偏差值不大于5 mm。

7) 其他钢筋偏移不大于20 mm。

8) 定位网在任何方向的偏差在距跨中4 m范围内不得大于4 mm, 其余间位不得大于6 mm。

由以上钢筋的加工及绑扎质量要求看出钢筋定位安装中第6) , 8) 两项质量要求精度较高。

根据以上情况自主设计一个钢筋保护层及预应力定位网钢筋定位自动检测装置。定位检测装置必须在复杂的施工环境下准确检测出位置所在处, 并报警提示工人。同时该装置必须具有简易轻便, 安装方便, 维护简单快捷, 检测精确等特点。准确判断出问题钢筋所在的位置。替代人工测量目视检查的繁琐工作量和所带来的误差。

3 钢筋保护层及预应力定位网的钢筋定位方法

为了减少或消除因箱梁钢筋保护层及预应力定位网钢筋形变和安装不到位而引起箱梁质量问题, 从以下几方面分析。

3.1 电路元件

本技术是采用如下方案实现的:

1) 传感器。

根据接近开关具有不直接接触钢筋而进行位置检测的属性, 且灵敏度高, 频率响应快, 重复定位精度高, 瞬变过程短, 输出功率大, 急电特性好, 工作稳定可靠, 使用寿命长等优点。设计一控制电路。用于检测受力钢筋及预应力定位钢筋的形变和安装不到位, 发出声光报警, 指导工人检查报警点, 找出报警原因, 修正存在的质量问题。接近开关是一种具有开关量输出的位置传感器。它既有行程开关, 微动开关的特性, 同时又具有传感性能。此设计选用三线制PNP常开接近开关, 三线制传感器, 负载接在电源地和信号线之间。具体内外部电路见图1, 图2, 在钢筋定位检测装置完整电路图中标为SQ1~SQn (见图3) 。

传感器接近开关基本参数:

a.电源电压:DC12 V。

b.检测距离根据工艺要求自选:4 mm, 5 mm。

c.输出电流:200 m A。

d.输出模式:PNP常开。

2) 三极管。

电流控制元件, 利用基区窄小的特殊结构, 通过载流子的扩散和复合, 实现了基极电流对集电极电流的控制, 使三极管有更强的控制能力。三极管具有对电流信号的放大作用和开关控制作用。所以三极管可以用来放大信号和控制电流的通断。在电源、信号处理等地方都可以看到三极管, 集成电路也是由许多三极管按照一定的电路形式连接起来, 具有某些用途的元件。三极管是最重要的电流放大元件。这里采用三极管来控制声报警元件工作。这里设计中用三极管的控制电流的通断以及电流放大的特性来达到该检测装置的声报警功能。采用型号9013三极管。钢筋定位检测装置主电路中标为T9013 (见图3) 。

三极管基本参数见表1。

3) 显示元件。

发光二极管 (LED) 是一种由磷化镓 (Ga P) 等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有一定电流通过时, 它就会发光。利用这一特性, 选用它作为显示各检测点的检测情况, 导通发光即为该检测点钢筋定位准确。钢筋定位检测装置完整电路图中标为D1~Dn, 作为多个检测点显示灯。

4) 其余电路元件。

a.电源:根据情况可采用固定式安装或者便携式使用。手持式比较轻便, 选用一只12 V电瓶作为电路电源。若固定安装, 根据现场情况外接电源控制柜, 通过镇流降压变AC220为DC12, 变压器加镇流桥堆即可。

b.电路中设一两档转换开关SB, 用来开关总电源, 便于检修或平时长时间不使用切断电源, 减小电池损耗及避免电器元件加速老化和性能变化。

c.HL绿色指示灯, 用于提示电路已投入工作, 所有检测正常。

d.RD线路保险, 避免短路引发电路中电源和各电子元件的损坏。

e.HA声光报警器, 用于警示钢筋定位安装不到位或漏装。

f.KD音量调节器, 通过改变阻值来改变HA两端电压, 达到音量调节。

本设计由以上电子元件组成, 将这些电子元件固定安装在根据主电路图制成的电路印刷板上。根据现场情况设计了便携式检测装置和固定安装两种方案。

3.2 具体工作原理设计

由图3中看出, 该原理图中DC12 V直流电源为电路供电。通过两档转换开关SB, 开关整个电路工作。为接近开关SQ1~SQn供电, 也为三极管9013提供静态偏置。线路保险RD对电瓶进行保护 (短路保护) , KD用来调整报警音大小。R1, R2为负载, 为三极管9013与发光二极管提供静态偏置。

装上底腹顶板钢筋保护层及预应力定位钢筋网后, 转动转换开关SB, 此时, 整个电路全部投入工作。SQ1~SQn如果检测到工作。则Kn输出低电平, 即负电源信号, 控制三极管T不导通 (截止) 。绿灯HL亮, 声光报警器不工作。

如某一接近开关如SQ2不工作或检测不到定位钢筋, 其输出R2为高电平, 后级接近开关不工作。T导通, 绿灯熄, D2熄, 则D2位置底腹顶板钢筋或开关有问题。

3.3 具体实施方式

1) 箱梁胎具定位检测:采用固定安装检测式, 将制作好的定位检测装置与现场电源控制柜连接上线路, 加装降压整流电源, 使其AC380 V转换为DC12 V, 并装上保险防止电路故障。后将检测装置置于工人比较容易操作的地方。在需要检测钢筋的检测处将角钢攻丝钻孔, 用以安装接近开关。最后将各传感器线路与检测装置盒相连, 线路用穿线管或走桥架的方式保护线路。

2) 其余各钢筋保护层定位检测:可采用设计的便携式检测尺。应用设计时可根据现场工艺情况设计尺长和设置接近开关数量, 以选择合适检测的精度。将检测尺放在需检测的钢筋上, 将两端固定好, 调好水平, 就可以找出中间未达到钢筋工艺质量要求的钢筋位置, 显示问题点所在处并报警提示。再由工人修正钢筋。

3) 预应力孔道定位网钢筋检测方法:可采用便携式检测尺, 将预应力孔道钢筋定位网片所在的位置选择好。因定位网片呈网格状, 所以只需检测网格中各节点位置是否正确, 即可判断出定位网片的位置是否正确。所以将定位网片中的4排节点 (自行选择检测点) 水平对应在胎具支撑架上制作卡槽。要检测定位网片时, 将传感器按定位网中节点尺寸调节好, 将检测尺固定在卡槽上, 打开开关即可显示各节点位置是否正确。

固定安装检测装置优势:检测点多, 一次安装到位, 适合批量检测。一人对多点。

便携式检测尺装置优势:方便快捷, 随检随测, 能深入人体不能到达的地方检测。结构简单, 适合作工具使用。使用时自主选择检测点。

3.4 技术要求

1) 一种后张法预应力箱梁施工工艺中的钢筋保护层及预应力定位网的钢筋定位自动检测方法, 其特征为:

a.检测金属的特性:这里检测钢制材料。

b.检测准确:根据传感器选用4 mm或5 mm达到检测精度。灵敏度高, 频率响应快, 重复定位精度高, 瞬变过程短, 输出功率大, 急电特性好, 易安装拆卸。市面上此类接近开关很多, 性能基本一样, 不同的是输入和输出方式略有区别。这里采用LJ12A3-4-Z/BX或者LJ12A3-5-Z/BX。

c.检测显示:采用发光二极管显示, 一目了然。

d.检测提示:声报警装置。

e.安装简易:固定安装时需攻丝钻孔, 螺栓固定即可。线路穿线管或桥架保护。将控制部分装于检测装置盒中, 螺栓固定。检测定位网片时使用检测尺, 需在胎具支撑架上安装卡槽。

f.维护简单:更换方便, 一般主要是电源或接近开关出故障, 拆卸线路更换安装即可。

g.成本低廉:固定安装检测装置材料及安装根据检测点多少大概在200元~1 000元内。

可保证半年不出故障。便携式检测尺因外形外观加工制作, 大概在500元~1 000元内。

2) 实现如技术要求1) 所述的钢筋定位自动检测装置, 按其特征分为两种:固定式和便携式。固定式已详细说明就不提了, 需提的是便携式, 外形结构简单, 检测尺部分内部稍有结构, 特殊制作。

3) 如技术要求2) 所述的便携式检测装置, 其特征为:转换开关刻度, 可调整检测点位置接近开关, 用来检测钢筋固定螺栓, 固定接近开关滑槽, 移动接近开关到所要到的刻度电源, 提供DC12 V, 插装式便于更换水准尺, 显示水平。

4 结语

本技术基于目前京沪高铁建设后张法预应力箱梁施工工艺中, 箱梁钢筋绑扎钢筋定位检查及管控的自动化程度不高等特点, 发明一个能替代钢筋定位绑扎中人工测量检查钢筋定位情况的自动检测装置。解决目前没有仪器对钢筋进行自动定位检测的问题, 并提高钢筋定位检查效率, 提高检测钢筋定位精度。提高箱梁钢筋绑扎质量, 提高预应力张拉质量, 最终保证箱梁质量。总体来说, 此设计是根据现场施工情况及施工工艺设计发明。制作简单易行, 定位检测精度高, 检测点是否到位一目了然。整个发明所需材料包括电子元件、电源、线路线管的费用成本, 耗费低, 性能功能达到所需要求。而且为维护检修减轻了工作量, 能减少此类质量问题, 有效的提升工作效率、产品质量。本设计所述的钢筋定位自动检测装置及方法具有创新、自主设计, 简单快捷、科学合理、提高效率, 提高质量的特点。

摘要：为了减少或消除因箱梁钢筋保护层及预应力定位网钢筋形变和安装不到位而引起箱梁质量问题, 对后张法预应力箱梁施工工艺中的钢筋保护层及预应力定位网的钢筋定位进行了研究, 设计了一套能自动检测各检测点钢筋是否定位准确并显示的钢筋定位自动检测装置, 解决了钢筋定位检测的问题。

关键词：自动检测,定位,传感器,电路

参考文献

[1]铁建设[2005]160号, 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[S].

[2]TB 10415-2003, 铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].

自动检测装置 篇2

⒈ 本检测报告无“检测专用章”、“检测单位公章”无效。⒉ 不得部分复制本报告，复制本报告未重新加盖“检测专用章”、“检测单位公章”无效。

⒊ 本检测报告无主检、审核、批准人签字无效。⒋ 本检测报告涂改无效。⒌本检测报告仅对本次检测时的建（构）筑物、设施及其防雷装置（措施）有效。

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批准： 审核： 主检： 编制：

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一元纸币自动分拣装置 篇3

我突发奇想，能不能像工厂流水生产线一样将钱整理好呢？我将自己的想法告诉了学校科技辅导老师，得到了老师的肯定，而且他还鼓励我：如果能够解决这个问题就帮了公交公司一个大忙！

因为公交车上的零钞以一元纸币居多，所以我将作品命名为“一元纸币自动分拣装置”。就这样，我开始了设计该作品的“钻研之旅”。

一、搜集素材

通过上网查询，我更加了解到清点零钞是一项工程浩大的工作，需要耗费大量的人力、物力和财力，怎样才能使这项工作变得轻松呢？

我将部分有价值的关于清点零钞的报道摘录如下：1.“数钱数到手抽筋”，公交公司点钞员日清点零钞30万元（长沙）；2.每天清点零钞票款30多万元，公交零钞清点有多难（水母网）；3.记者亲身体验公交公司点零钞（承德）。

二、意见咨询

确定研究课题后，我与班上的同学讨论，又将设计方案写好后拿给科技辅导老师过目。

综合老师、同学们的意见，我总结出以下几点：1.选题很好，能解决社会大难题；2.可先研究一元纸币的分拣工作，再考虑其他面额的分拣；3.可参考从河道往岸上“运沙”的方式分拣一元纸币；4.用点钞机计数；5.分拣过程中设计杀菌环节。

老师和同学的鼓励像一针强心剂，增强了我把“一元纸币自动分拣装置”做好的信心。我开始浮想联翩：我要把公交公司清点零钞的业务承接下来，不出几年，嘿嘿，又一个世界五百强的企业诞生，老总就是我……

三、制作模型

有了设想后不能一味做白日梦，还是赶紧动手吧！我将设计的模型分成五部分，以下是各部分的具体分工介绍。

1.盛钱漏斗

用来盛装需要清点的零钞，似漏斗形状，我给它取了个名字叫“盛钱漏斗”，大小可根据零钞的体积而定。流下的零钞进入筛状圆筒。

2.筛状圆筒滚动选取纸币

公交车里的零钞分为纸币和硬币两种，我设计采用筛状圆筒滚动让硬币从预留的孔内往下漏，纸币随着圆筒滚动向前。

我找来一只装水的大桶，在上面用电烙铁平行割出宽1厘米、长2厘米的孔，每排10个，共15排。这样，不论旋转到哪个角度，硬币都能从孔里漏到盘中进入硬币分拣装置。

3.长传输带运送纸币

随着滚筒向前，纸币逐一掉落到下方宽12厘米、长80厘米的传输带上继续向前，清除掉非一元纸币，一元纸币随着传输带进入下个装置。传输带上的纸币在辅助装置的帮助下逐渐调整在带上的位置，为下个分拣工作做好准备。

4.短传输带运送纸币

短传输带运行的方向与长传输带运行的方向垂直，与验钞机平行。一张张纸币由长输送带传到短输送带上，送至验钞机的入口后，开始下个步骤。

5.验钞打捆

将验钞机调整到计数功能，根据需求设置张数，以10张为例，验钞机验满10张就停一下，拿出打捆，完成一元纸币的分拣。

模型很快就完成了，这可是我进入高中后做的第一个科技作品，虽然还只是一个模型，但我特别开心！

四、试验

确保各部分功能正常后，怀揣着忐忑不安的心情，我将身上五张一元纸币和三个硬币投进了盛钱漏斗。三个硬币很快从筛状圆筒中掉落，一元纸币继续向前。先经过长的传输带，接下来是短的传输带，最后到验钞机的入口，直至验钞完成。

为了进一步验证效果，我兑换了50张一元纸币、30个一元硬币进行试验，效果很好。

五、创新点

我制作的一元纸币自动分拣装置具有以下优势：

1.填补了国内分拣纸币机器的空白，在分拣过程中，能自动对零钞杀菌，为人们的身体健康提供保障。

2.效率高，能大幅度减少开支，节省劳力。

3.将人工清点零钞改为机器操作，纸币在半密闭的空间中辅助机器点钞，减少与有菌的纸币直接接触，保障点钞员的安全。

喷嘴喷雾角度自动检测装置设计 篇4

喷嘴是一种较精密的部件[1], 广泛用于冶金、钢铁、石油化工、制药和环保等众多领域, 应满足一定的流量特性, 雾化液滴应尽量细小[2], 喷嘴雾化角度决定了雾化质量, 直接影响其使用效果及性能[3]。目前, 对喷嘴喷射角的测量方法主要有3种, 即三角法、积水容器法和照相法, 上述测试方法因为人为误差或者判断标准不固定, 因而无法达到很高的精度和重复性[4]。本文采用三角法和积水容器法的综合方法设计了一种喷嘴喷雾角度自动检测装置, 在龙门结构的试验装置上, 利用步进电机带动横梁喷嘴机构上下和水平运动, 当喷雾打击到压力传感器时, 就可以收集喷嘴喷雾的打击力数据, 利用流量分布数据可以可测出测量喷雾高度H和有效喷雾距离L, 精确地计算出喷嘴喷雾角度。

2 喷嘴喷雾角度自动检测装置

2.1 检测原理

喷嘴喷雾角度自动检测装置如图1所示, 主要包括喷雾高度H检测系统, 有效喷雾距离L检测系统两大系统, 其中喷雾高度H检测系统包括依次相连的计算机8、PLC单片机6、步进电机驱动器2、喷嘴3和位移传感器4 (型号为WT23TDZ-1位移传感器) , 其中步进电机1与步进电机驱动器2相连, LCD显示5与PLC单片机6相连。有效喷雾距离L检测系统, 包括依次相连的压力传感器7 (型号为SJR-SM11A压力传感器) 、信号处理10、放大器11、A/D转换器12和PLC单片机6, 另LCD显示5与PLC单片机6、位移传感器9 (型号为WT23TDZ-1位移传感器) 及计算机依次相连。计算机8、PLC单片机6和步进电机驱动器2控制步进电机带动传动轴, 使丝杠控制工作台上喷嘴做上下运动, 通过位移传感器9、计算机8可以准确地控制喷雾高度H, 保证喷嘴与压力传感器7之间距离为200±0.025 mm。压力传感器9同步测量并将测量的数据通过信号处理、放大器、及A/D转换器传输给PLC单片机, 确定位移当工作台靠近接近开关时, PLC单片机6发出信号通过步进电机驱动器2控制步进电机停止转动。同时根据喷嘴流量分布, 确定有效喷雾距离L, 由位移传感器4输入到计算机, 经过数据处理后, 根据检测装置工作参数和几何关系, 可以得到喷嘴角度。再次启动时, 步进电机反转快速靠近另一侧的接近开关, 回到初始点。

通过步进电机带动喷嘴上下移动, 其喷雾高度H在测量之前就固定, 置于喷嘴下方的压力传感器测量出喷雾场中各点流量分布, 通过位移传感器9 (型号WT23TDZ-1) 记录下各点位置, 测量数据中有一个最大值Max。压力传感器7 (型号SJR-SM11A) 通过信号处理10、放大器11、A/D转换器12与PLC单片机6连接, 其中压力传感器7将压力信号转变为电压信号, 用于确定喷雾的有效喷雾距离L。同时位移传感器9通过计算机8与PLC单片机6连接, 这样构成压力与位移的数据处理系统。当流量小于最大值10%时, 则可以将它视为无效部分。于是可以确定有效喷雾距离L, 根据反三角函数知, α≈2arctanHL, 从而确定喷嘴的有效喷雾角度。整套装置每隔一段时间对压力传感器9数据进行采集、储存, 数据处理完毕后以表格和图表形式来表征喷嘴喷雾角度及流量密度分布规律。

2.2 喷雾高度H检测

喷雾高度H检测系统如图2所示, 其工作过程:计算机8、PLC单片机6、步进电机驱动器2控制步进电机1带动传动轴, 使丝杠控制工作台上喷嘴3做上下运动, 通过位移传感器4、计算机8可以准确地控制喷雾高度H, 保证喷嘴3与压力传感器7之间距离为200±0.025 mm。压力传感器7同步测量并将测量的数据通过信号处理10、放大器11、及A/D转换器12传输给PLC单片机6, 确定位移当工作台靠近接近开关时, PLC单片机6发出信号通过步进电机驱动器2控制步进电机1停止转动。同时根据喷嘴3流量分布, 确定有效喷雾距离L, 由位移传感器9输入到计算机8, 其中位移传感器9的功用是将直线运动的机械位移值变换成与之对应的电量输出, 用于测量喷雾高度H。经过数据处理后, 可以得到喷嘴角度。再次启动时, 步进电机反转快速靠近另一侧的接近开关, 回到初始点。

2.3 有效喷雾距离L检测

有效喷雾距离L检测系统如图3所示, 其工作过程:计算机8经PLC单片机6、步进电机驱动器2控制步进电机1带动传动轴, 使丝杠控制工作台上喷嘴3做上下运动, 通过位移传感器4、计算机8控制喷雾高度H;压力传感器7同步测量并将测量的数据通过信号处理10、放大器11及A/D转换器12传输给PLC单片机6。置于喷嘴打击面下方的压力传感器7就可以测量出雾场中各段的流量, 并记录下各段的位置, 测量数据中必有一个最大值Max, 如图1所示。如果流量小于最大值的10%时, 则数据视为无效部分, 于是有效喷雾距离L可以确定下来。当工作台靠近接近开关时, PLC单片机6发出信号通过步进电机驱动器2控制步进电机1停止转动。同时, 根据喷嘴3流量分布, 确定有效喷雾距离L, 由位移传感器9输入到计算机8, 根据检测装置工作参数和几何关系, 得到喷嘴角度;再次启动时, 步进电机反转快速靠近另一侧的接近开关, 回到初始点;通过步进电机带动喷嘴上下移动, 置于喷嘴下方的压力传感器测量出喷雾场中各点流量分布, 通过传感器记录下各点位置, 测量确定有效喷雾距离L, 确定喷嘴的有效喷雾角度。

3 结语

本文设计的喷嘴喷雾角度自动检测装置适用于喷嘴雾化角、雾滴群尺寸分布、平均尺寸及流量等工作参数的自动检测, 在喷雾燃烧、喷雾冷却、喷雾干燥、钢坯除鳞、电厂除硫、纺织加湿、农药等有广泛的应用前景, 对于上述行业改善喷嘴雾化特性、提高喷雾利用率、充分利用资源等有着十分积极的意义。

摘要：为了满足工程中对喷嘴喷雾角度测量的需要, 采用三角法和积水容器法的综合方法, 设计了一种喷嘴喷雾角度自动检测装置。通过步进电机实现喷嘴机构的水平和上下移动, 利用压力传感器获得喷嘴喷雾的打击力数据, 测量出雾场中各段的流量, 可以确定喷雾高度H和有效喷雾距离L, 从而精确地计算出喷嘴喷雾角度。

关键词：喷嘴角度,自动检测,雾化特性

参考文献

[1]宋会江.扇形喷嘴的雾化特性研究[J].连铸, 2011 (3) :31-33.

[2]金仁喜, 袁江涛, 杨立等.压力喷嘴常温下雾化特性实验研究[J].海军工程大学学报, 2012, 24 (3) :52-56.

[3]孔德文.喷嘴雾化性能检测控制系统设计[J].装备制造技术, 2008 (5) :70-71, 74.

微机的自动装置分析论文 篇5

在电力系统中，有些被称为同期点的断路器在进行合闸操作时，断路器的两端都有可能因由不同的电系统供电而带电。此时，就必进行一系列的操作，最终才能将断路器合闸。这一系列的操作加上断路器合闸操作统称为并列操作。

同期点的并列操作时电力系统中一项主要的操作内容。因为断路器的两端均有电源，若同期点断路器的合闸时机不适当，两端的电参数相差较大，就将会引起断路器爆炸甚至整个电力系统稳定破坏而导致崩溃，发生大面积停电的重大恶性事故。

我厂以前采用的手动准同期装置基本上也能将同期点断路器的合闸时间控制在一定的范围之内。但在一下方面存在一定缺陷：

a、没有自动选择时机的功能，合闸时机很难把握，所以对操作人员的要求较高，经常出现操作人员多次合闸不成功的事件。

b、合闸时机随意性大。只要操作人员合闸瞬间在同期装置的允许范围之内，断路器就能合闸。但断路器由于有机械和电气传动延时和断路器的固有合闸时间，很可能断路器的合闸时实际上已经不在并列操作的.允许范围之内，从而造成非同期合闸，对断路器、发电机以及电系统造成冲击。

c、不能自动调节。对于发电机的各项电参数，必须由操作人员进行手工调节。特别是频率(转速)，必须由主控室运行人员与汽轮机操作室相互联系协调好，才能进行调节。这使得一个发电机的并网操作往往需要半个多小时才能成功。

d、原有的手动准同期装置至投运至今已经近30年，继电器已严重老化，可靠性已大大降低。

基于以上的原因，我们采用一种能自动调节各种电参数，在条件满足的情况下，自动发出合闸脉冲指令的微机智能型准同期装置已势在必行。

2、自动准同期装置的原理

众所周知，电力系统中任一点的电压瞬时值可以表示为u=Umsin(t+φ)。可以看出，同期点断路器并列的理想条件就是断路器两侧电压的三个状态量全部相等，即待并系统电压UG和大系统电压UX两个相量完全重合并且同步旋转。用公式表示则为：

(1)ωG=ωX或fG=fX(即频率相等)

(2)UG=UX(即电压幅值相等)

(3)δe=0(即相角差为0)

此时，并列合闸的冲击电流等于零，并且并列后两个系统立即进入同步运行，不会产生任何扰动现象。

为了使并列操作满足条件，尽量使合闸时达到理想条件。自动准同期装置必须设置三个控制单元。(如图1)

(1)频差控制单元。它的任务是检测待并系统(发电机)电压UG与大系统电压UX之间的滑差角频率ωS，且调节发电机转速，使发电机电压的频率接近系统频率。

(2)电压差控制单元。它的功能是检测UG和UX之间的电压差，且调节发电机电压UG，使之与UX之间的的差值小于规定允许值，促使并列条件的形成。

(3)合闸信号控制单元。检查并列条件，当待并机组的频率、电压都满足并联条件时，合闸控制单元就选择合适的时间发出合闸信号，使并列断路器的主触头接通时，相角差δ接近0或控制在允许范围之内。

3、MAS-2微机自动准同期装置的主要特点

经考察，我们最后采用了南瑞系统控制公司的MAS-2型微机自动准同期装置。该装置以INTEL公司的80C196单片机为核心，配以高精度交流变流器，准确快速的交流采样以及严格的计算技术，准确计算开关两侧的电压、频率和相角差;输入/输出光电隔离，采用进口密封快速中间继电器作为合闸输出和电压切换，装置的抗干扰能力强，技术先进。

(1)通过控制待并系统机组调速、调压实现频率和电压的自动跟踪，使频差、压差尽快进入准同期允许的范围，平均每半个工频周期测量出相角差Δδn，在Δδn=Δδdq=Δω·Tdq+Δaω·Tdq·Tdq/2时，即T=Tdq时发出合闸脉冲，实现快速并网。在同频不同相时，也可以发出合适的调速脉冲以缩短并列过程。由于计及角速度(ω)和角加速度，确保了断路器合闸时相角差Δδn接近零。

(2)该装置检同期合闸具有频差闭锁(Δf)、压差闭锁(ΔU)和加速度闭锁(dΔf/dt)功能。

(3)除具有检同期合闸功能外，还具备无压(一侧无压或两侧均无压)、电网环并(开关两侧为同一电源)等自动快速合闸功能。

(4)对输入的各侧电压和频差都进行双回路测量，双回路测量结果应一致，保证测量和计算的正确性。

(5)装置具有液晶显示屏菜单显示，便于监视和参数的设定和修改。装置掉电后，参数不会丢失。

(6)具有自试和自检功能。

(7)装置可以单独使用，也可与监控系统配合使用，实现远方遥控同期装置。多个同期点只需一台准同期装置。采用各同期点输入电压、合闸出口和调节出口选点开关切换，切换选点切换和装置上人工操作选点开关切换。

4、MAS-2微机自动准同期装置的硬件组成

MAS-2型微机自动准同期装置的硬件框图如图2，其核心是16为的单片机，装置软件存储在EPROM内，EEPROM中存放定值，RAM是数据存储器，存放运行数据、事故记录等。现场PT送来的交流电压信号经过隔离变换后送采样保持回路，再由单片机内部的A/D变换器变为数字信号，CPU进行采样、有效值的计算。

另外，交流信号波形变为方波后，进行频率和相位角的测量，再由单片机计算出频率的变化率。晶振分频产生600Hz的信号，作为采样保持信号和CPU的中断源。并行I/O扩展芯片8255的C口用于开关量输入，A口、B口经过出口逻辑电路同时控制输出信号继电器和合闸继电器。同期信号插件与同期切换插件控制信号输出、电压切换和合闸电流的保持。调速调压插件在发电机并网时经自动调节发电机有功同步马达和励磁电流，缩短同期并列的过程。

5、MAS-2微机自动准同期装置的软件结构与功能

MAS-2微机自动准同期装置的软件流程如图3所示：

该装置的软件结构分为主循环程序和中断处理程序两大部分。定时中断由晶振电路分频产生，每隔1.666ms进入一次中断。中断程序主要完成电压瞬时值采样;电压有效值计算、频率值计算、相位角计算与dΔf/dt的计算;启动判断、检同期判断、检无压开入判断等;合闸输出及中央信号控制等。主循环程序主要完成面板显示、定值修改、回路自检、信号复归以及仿真试验、打印输出等功能。

MAS-2微机自动准同期装置还具有比较独特的功能：

(1)装置的异常闭锁功能

a、装置微机能对内部存储器和一些芯片进行自检，一旦发现异常，立即闭锁同期出口，并输出装置异常接点信号;

b、对每个电压回路都有双回路进行测量，如发现两个回路测得的同一个电压和频率相差很大，则立即闭锁同期出口，并发出装置异常接点信号;

c、对于变电站多线路、多同期点，为了避免误合闸以及不同线路的PT二次侧短路，一次只能允许执行一个同期点的并列操作。如果检测到选点命令(启动)多于两点时，则立即自动解除同期切换板电源，闭锁同期出口，并发出异常接点信号。

(2)装置的复归功能：

复归是指切除装置所有TQH(同期切换模件)、TQX(同期信号模件)、TJC(调速调压模件)中所有继电器的24V控制电源。复归的方式有三种：

a、通过按同期信号模件(TQX)上的复归按钮(FA)人为复归;

b、合闸脉冲发出后延时2秒由软件控制TQX模件中的继电器复归;

c、同期点启动后，超过选点启动自复归时间定值Trs后仍未合闸，由软件控制TQX模件中的继电器自动复归。

(3)装置与监控系统分通讯功能

MAS-2微机自动准同期装置的通讯接口为RS-232方式，能与监控系统进行通讯，后台监控机能在远方控制同期点的并列操作，并能取得准同期装置所有的定值和同期操作时的所有实时数据

6、应用情况及其效果

MAS-2型微机自动准同期装置在我厂投用一年多，运行情况一直良好。由于其具有一定的智能性，能够根据采集到的电参数，通过计算，自动发出指令，对发电机的电压、频率进行调节，一旦准同期条件满足，则能自动在适当的时间发出合闸脉冲，使同期点断路器能在最佳时机合闸。

其应用效果主要体现在以下几个方面：

(1)操作方便简单。操作人员在选择了不检、检无压和检同期任一方式后，只需按一下同期切换插件上的按钮，便无需其它任何操作。以后部分由微机装置自动完成采样、计算、分析以及执行。

(2)能自动选择适当的时机发出合闸脉冲。不象手动准同期装置那样，操作人员合操作把手的瞬间必须和同期检定继电器的角度配合得非常好才能合闸成功。以前半个小时的并列操作现在只需1分钟不到就能更好的完成，大大降低了操作人员的技术要求和劳动强度，也大大降低了能源的损耗和设备的损伤。

(3)能针对不同的同期点断路器而不同对待，通过整定各个同期点断路器的合闸导前时间Tdq(约等于断路器的机械和电气传动时间和断路器固有合闸时间之和)，使哥哥不同的断路器均能在最佳时机合闸成功。

(4)由于计算机的快速性和可靠性，使得断路器合闸时两侧的电参数基本接近一致，减小了因两侧电压、频率和相位存在较大差异而引起的合闸瞬间的冲击，有力的保障了电力设备特别是发电机和断路器的安全，大大加强了电力系统安全运行的可靠性。

自动检测装置 篇6

随着自动化技术的高速发展, 用电量不断增大, 电网用户不断增加, 敏感设备和非线性电力电子设备大量投入使用, 使得电网中的电压偏差、电压不平衡、电流不平衡、电压波动与闪变、谐波等电能质量问题越来越受重视。因此, 越来越多的高端电能质量监测装置开始应用于电能质量监测领域, 同时也对这些电能质量监测装置的精度提出了更高的要求, 对电能质量监测装置进行精度检测也成为一项必不可少的工作。传统的电能质量监测装置的检测工作需要检测人员按照检测步骤进行操作, 人工记录检测结果, 工作量大, 效率低, 检测过程复杂, 检测点繁多, 人工读数记录容易出错。针对上述问题, 研究者开始寻求自动的检测方法实现对电能质量监测装置的全自动检测工作, 并且能够满足精度要求, 保证检测工作安全、高效、自动完成[1]。

本文采用基于MET/CAL的电能质量监测装置全自动检测系统, 在符合行业规定的基础上, 实现对电能质量监测装置的全自动检测工作, 并能自动生成检测报表, 极大缩短了检测时间。

2 电能质量监测装置的检测

2.1 检测内容

根据《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》 (DL/T478-2001) [2]和《电能质量监测设备通用要求》 (GB/T 19862-2005) [3]的相关规定, 电能质量监测装置被检测的内容包括:基波电压、基波电流、频率、电压偏差、频率偏差、电压不平衡度、电流不平衡度、闪变、电压波动、谐波、间谐波、电压/电流间相位角。在额定工作条件下, 被检测装置各项检测内容的允许误差如表1和表2所示。

UN为基波电压, Uh为谐波电压;IN为基波电流, Ih为谐波电流。

2.2 全自动检测

对电能质量监测装置进行检测常用的方法有两种, 一种方法是实验员按照检测步骤实际操作电能质量标准源, 手动记录数据并计算误差及不确定度, 完成检测工作。该方法操作繁琐, 耗时长, 对实验员专业知识要求高, 同时手动记录计算数据及制作报表不仅耗费较多时间而且容易出错。另外一种方法是利用虚拟仪器技术[4]或其它技术开发检测校准软件, 按照检测步骤在软件上操作控制标准源进行检测, 可以实现误差自动计算和报表的打印。该方法为实验员提供了友好的用户界面, 但是同样对实验员提出了较高的专业要求, 并且报表模板制作过程复杂。本文采用的基于MET/CAL的电能质量全自动检测技术只需要实验员进行简单的接线工作, 通过软件启动检测程序即可实现对电能质量监测装置所有待检测量的检测工作, 并且自动输出检测结果报表。整个检测过程不需要人工操作, 耗时短, 很好的解决了前面两种方法出现的问题。

3 全自动检测系统的设计

3.1 MET/CAL与FSC语言

MET/CAL自动校准管理软件是美国Fluke公司研发的一款专业计量校准软件[5]。支持接入具有GPIB接口和串口的标准源和设备, 软件运行人性化, 内置专门的报表制作工具Crystal Report水晶报表, 使得报表制作简单快捷。软件自带4000多个检测校准程序, 同时可以编辑修改满足自己的需求。MET/CAL自动校准管理软件由MET/CAL软件包、Sybase关系数据库、Crystal水晶报表组成。它既是一款检测校准软件, 又是一个数据库和资产管理系统。其MET/CAL软件包包括MET/CAL Editor (程序编辑器) 、MET/CAL Run Time (运行校准程序) 、MET/TRACK (设备管理登记) 。MET/CAL自动校准管理软件与VB, VC/C++, Lab View等软件平台相比, 能够更简单快捷的实现系统要求, 事半功倍的完成检测任务。

检测校准程序使用FSC (Fuction Selected Code) 语言开发。在MET/CAL Editor上编译调试, MET/CAL Run Time上运行实现。一段完整的FSC程序由程序头和程序体组成, 程序头包括程序名称、仪器配置信息、调整阈值、溯源标准等信息;程序体则描述了检测校准的具体步骤。FSC程序体主要是由FSC代码行组成, 每一行FSC代码由步骤号、FSC命令、量程字段、容限字段、标称字段、模式1到模式4和连接字段组成。其中FSC命令分为7大类:仪器类、评估类、显示控制类、接口控制类、寄存器控制类、程序控制类和其他类, 用于实现不同的功能。例如, 让标准源5700A输出直流1V, 2线方式的代码如表3所示。

3.2 全自动检测系统的工作原理

基于MET/CAL的全自动检测系统主要是由MET/CAL自动校准软件、标准源、被检测仪器、接口卡、数据总线、计算机及打印机等组成[6]。其系统结构框图如图1所示。采用1台计算机作为上位机, 仪器作为下位机。标准源使用Fluke公司生产的Fluke6100A, 内置GPIB驱动, 使用USB/GPIB接口卡可以直接接入MET/CAL自动校准管理软件。该标准源已经通过中国计量院的校准, 准确度等级为0.01。为了模拟电力系统三相回路, 这里需要使用一台Fluke6100A作为主机, 2台Fluke6100A作为辅机。被校准的电能质量监测装置必须具备串口或者GPIB口, 才能实现与上位机通信。

MET/CAL自动校准管理软件是系统的核心, 在MET/CAL Run Time中执行自编译的检测程序可实现对Fluke6100A功率源控制, 使其发出基波电压、基波电流、谐波、闪变等检测信号, 并且可以读取被检测仪器的测量值, 根据输出的标称值和实测值计算被检测点的误差, 测量不确定度等数据, 保存到MET/CAL软件相应的数据库里[7]。待所有检测点的检测工作完成后即可输出检测结果报表。检测的顺序按照检测程序设置的流程进行, 一组检测信号检测完毕后再检测下一组, 检测流程所覆盖的内容和误差限值完全符合表1、2所示, 具体检测流程如图2所示。其测量不确定度的计算完全符合ISO/IEC 指南98-3《测量不确定度表示指南》、ISO/IEC 17025《检测和校准实验室能力的通用要求》、ILAC-P14:12/2010《ILAC对校准领域测量不确定度的政策》等标准。

3.3 MET/CAL对标准源的控制

MET/CAL对标准源的控制是检测流程最重要的部分。根据《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》 (DL/T478-2001) 和《电能质量检测设备通用要求》 (GB/T 19862-2005) 的相关规定确定检测内容和检测方法[8]。由表1可知, 被检测的内容众多, 而闪变检测最为复杂, 这里以闪变现象为例, 阐述MET/CAL如何实现对标准源的控制。

根据《电能质量检测设备通用要求》相关规定, 对电能质量监测装置进行电压闪变检测时参考短时闪变值Pst, 闪变按表4采用方波调制, 电压宜选择230V (50Hz) , 最后短时闪变结果应为1, 误差允许范围为±5%。

按照闪变检测要求, 使用FSC语言编写代码, 通过接口类FSC实现软件对标准源控制, 通过仪器类FSC使得标准源发出检测信号。MET/CAL已内置封装好其接口程序, 大大减轻了程序员开发工作量。表5所示是一段闪变检测程序片段及说明, 该程序片段主要实现对标准源6100A控制, 按照表1中序号1要求发出闪变信号。

其他检测内容均按照相关规定, 通过FSC语言编程实现。

3.4 MET/CAL对被检仪器的控制

MET/CAL自动校准软件有较强的接入能力, 在不开发驱动的情况下同样可以实现很多仪器的接入。具有GPIB接口的被检仪器, 检测程序可以直接通过FSC指令中的IEEE命令读取检测值。对具有串口的被检测仪器, 根据FSC编程语法要求, 使用PORT命令按照被检测仪器通讯协议标准编写通讯程序, 实现与被检测仪器通讯, 并读取检测值。

3.5 结果计算和报表输出

通过比较输出检测值和实测值, 计算出误差, 根据相关规定判断是否合格, 最终将结果存入数据库中。

MET/CAL自动校准管理软件在执行检测程序时, 可以自动计算其扩展不确定度。由被检测设备多次测量引起的不确定度采用A类方法评定;由标准源自身技术指标以及被检测装置分辨力引起的不确定度采用B类方法评定;最后计算合成不确定度和扩展不确定度。MET/CAL内置标准源准确度文件, 准确度文件的内容包括仪器型号、指标间隔、置信度水平、以及幅度范围、频率范围、基本误差、分辨力等各个功能详细技术指标, 用于B类不确定度的评定。评估类FSC可以直接调用准确度文件, 并定义测量次数等参数用于不确定度的计算。

MET/CAL自动校准管理软件内置的Crystal Report可以根据检测内容和报表格式要求自定义报表模板。当检测程序执行完毕后, 即可自动输出符合模板要求的检测报表。

4 全自动检测系统的实现与应用

4.1 系统工作流程

当检测程序编写完毕后, 可以在MET/CAL Run Time环境下运行该程序。首先要确保接线正确, 添加报表模板, 通过资产号或者程序名调用检测程序, 运行检测程序, 程序自动控制整个系统进入检测状态, 对所有待检测量逐一检测, 计算误差及不确定度, 判断是否合格, 最后将所有的检测结果存入Sysbase数据库里。程序运行完毕后, 自动输出符合已添加模板要求的检测结果报表。

4.2 系统应用

为了说明系统设计的可用性, 使用上述检测系统对深圳市中电电力技术股份有限公司生产的电能质量监测装置PMC680进行检测。由于PMC680使用串口通信, 故参照2.4节方法来编程实现MET/CAL与PMC680的通信, 获取实测值。待检测程序开发完毕后, 按照3.1节步骤执行检测程序, 由于检测结果非常多, 这里只给出闪变检测结果, 如表6所示。

电压闪变检测:230V, 50Hz系统, 方波, Pst=1 (Fluke6100A) ;不确定结果为相对不确定度

使用该系统进行电能质量监测装置PMC680检测时, 步骤简单, 无需复杂繁琐的操作, 而且耗时短。熟练的实验员在实验室手动操作标准源, 完成表1所示所有检测内容的检测工作大约需要半天时间, 但是使用该系统进行检测时只需要大约2小时。缩短了检测时间, 而且避免人为操作和记录过程中发生的错误。

5 结束语

基于MET/CAL的电能质量监测装置全自动检测系统实现了对电能质量监测装置的全自动检测, 具有很好的实用性。并且操作过程简单, 对操作人员专业要求不高, 检测时间短, 大大提高了检测效率, 并减少人工记录引入的误差, 有很好的应用前景。

参考文献

[1]何伟.电能质量分析仪表的检测与校准[D].保定:华北电力大学硕士学位论文, 2009.

[2]DL/T478-2001, 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件[S].

[3]GB/T19862-2005, 电能质量检测设备通用要求[S].

[4]何伟, 蔡维, 王建伟等.基于虚拟仪器技术的电能质量分析校准检测系统设计与应用[J].电测与仪表, 2010, 34 (1) :84-89.

[5]Fluke Corp.MET/CAL Metrology SoftwareReference.March 1995, 11 (06) .

[6]毛玉苹.基于Fluke MET/CAL和5700A的Agilent34401A自动校准系统[J].研究与开发, 2009, 28 (10) :55-59.

[7]章克来.数字万用表自动/半自动检定校准系统设计[D].上海:上海交通大学硕士学位论文, 2009.

高精度玻璃管液位自动检测装置 篇7

笔者采用600dpi CIS和S3C2440处理器, 将基于CIS的玻璃管液位测量系统的精度提至±0.10mm, 同时实现了有色和无色液体液位的自动测量。

1 工作原理*

简化的静态容积法流量标准装置中容积测量的示意图如图1所示, V1是一个标准容器, 其液位与容积一一对应。如果知道U型连通器右侧玻璃管中的液位, 通过查表就能得到对应容器中液体的体积。假设V1的圆柱形半径为15cm, 如果液位误差1.0mm, 则相应的体积误差为70.650m L;如果液位误差是0.1mm, 则相对应的体积误差为7.065m L。所以提高液位的测量精度对于静态容积的测量有着重要的意义。

将600dpi高分辨率的CIS置于玻璃管的一侧, 另一侧用平行光源照射。由于有液体和无液体的部分对光的折射率不同, 所以CIS上相应感光元件感应的光强不同, CIS输出的视频信号中, 有液体信号和无液体信号的电压值就不同。通过相应的A/D转换电路, 将电压进行阈值分割, 使得有液体部分对应的电压输出经A/D转换变为零, 这样在一个周期内, 统计零的个数, 就知道液位的实际高度。

2 硬件组成

基于600dpi CIS和S3C2440处理器的玻璃管液位测量系统的硬件组成如图2所示。外置平行光源与SV6134A4C-00型CIS分别位于玻璃管的两侧。CIS总长216mm, 每毫米24个像素点, 整个CIS共有5 184个像素点, 所以其最小分辨率达0.042mm。

CIS的时序图如图3所示, SV6134A4C-00型CIS传感器的3个引脚分别是时钟引脚CP (4MHz) 、使能引脚SI (周期1.5ms) 和视频信号输出引脚VOUT, 在一帧图像信息中有效的像素点输出5 184个, 其余为无效信息。需要特别注意的是, CP开始后的82个CLKS输出的信息是无效的。

测量系统的处理器采用S3C2440, 该处理器通过PWM实现CIS的高频时钟驱动。VOUT输出的视频信号通过A/D转换后的数据存入缓存器AL422B中, 存储一定的液位图像信息后, 处理器执行液位提取算法, 将液位的当前高度实时显示在数码管。

AL422B是一款存储容量为393 216Byte×8bit的FIFO存储芯片。A/D转换器采用ADS930, 其有效电压转换范围1~2V, 当输入在1~2V时输出非零, 当输入为1V时输出为0, 并且通过试验发现当输入为1V以下时输出也为零。在测量时, 通过调理电路将VOUT输出信号中的高低电平, 分别调整至1V的两侧, 则低于1V的有液体信号输出都为零, 通过脉冲计数法就能计算出玻璃管液位的高度了。

3 系统软件

在液位测量过程中, 环境误差可能会引入随机干扰, 所以需要进行数字滤波处理。首先, 一次性读取多幅图像信息, 然后分别对每一幅图像提取液位信息, 最后采用去极值平均滤波法得到液位的实际高度。FIFO读出的多幅图像信息连续存储在一个内存空间开辟的数组区域内, 所以快速、准确地查到每幅图像并计算出每幅图像中液位的高度信息是算法的关键。本软件采用快速查找与统计方法实现, 其相应算法流程如图4所示。

将FIFO读出的一组数据存入图像数组M[]中, 依次从数据头开始遍历, 找到第一个突变的点, 即图像的分界点i1。

在突变点前加入一个长度为L1的窗, 然后对窗内数据进行处理, 如果窗起始单元与窗结束单元之间的变化值window[L1-1]-window[0]<5且|window[i+1]-window[i]|<5 (0<i<L1) , 说明突变点前的数值是稳定的。同理, 给突变点后加入一个长度为L1的窗, 如果window[i]=0 (0<i<L1) 说明确实为突变点, 从突变点后开始进行脉冲统计。

如果在上述突变点前加的L1窗体内有不满足上述变化值的点, 则动态地增加L1的长度, 如果动态加入长度内的点满足变化范围, 则同样满足要求。同理, 当突变点后的L1窗有不满足上述变化的点, 同样动态增加L1的长度, 再进行判断, 如果动态加入长度内的点满足变化范围, 则同样满足要求;如果动态增加的窗内数据依然不满足变化范围, 则舍弃找到的突变点, 继续往后遍历。

将确定为真实图像分界点的值计为M, 然后从M+L1位置依次开始统计零点数。如果遇到非零点, 首先加一个小窗L2, 从此非零点开始存入所加的小窗, L2的初始长度根据实际情况取1~2, 如果L2的窗口内有零值, 继续往后统计, 如果L2的值非零点, 为保证准确度, 动态增加一定的长度, 确定L2内没有零值, 即一幅图像中低电平的值统计完毕, 此时的下标值即为N。

将点数N-M-1存入开辟的图像帧存储数组P[]中, 如果P[]存够指定的图像帧数则结束本次算法;否则继续遍历, 搜索突变点, 统计零点, 直至完成预定数量的图像帧。图像帧存储数组P[]经去极值平均滤波法就可以得到稳定的像素点输出, 将输出代入曲线拟合好的关系式, 就能得到实际的液位高度。

4 试验

在玻璃管液位计装置中, 由于凹形液面的折射率在空气和液体之间, 所以凹形液位产生的过渡区域的数值不能统计为液位的像素信息。为了补偿过渡区域的误差, 通过曲线拟合方式建立传感器检测液位的像素点个数和实际高度间的数学模型。

经过测量, 用于标定的试验量筒容积和刻度均匀。60m L液体对应高度142mm, 平均每毫升液体高度2.366mm。采用高精度的A级滴定管 (精度0.02m L) 向量筒中加入液体, 从15m L一直加到60m L, 每5m L记录一次液体的高度和数码管的液位像素信息显示, 为了保证滴定过程成的准确性, 在每滴完一定的体积后采用人工方式读取液体体积进行验证。表1为3次重复性试验的液体体积和数码管的读数, 将3次重复性试验的数码管读数取平均, 以消除随机误差。

注:D值是该像素点的两倍直接在数码管上的显示值。

将D和h拟合得到直线y1=-0.0207D+224.2973, D和he拟合得到直线y2=-0.0208D+215.9749, 如果y1和y2的斜率相同, 直接用两条直线之间的距离作为修正值。此处斜率不是完全一样, 经过试验取8.60对所有的he值进行修正, 即he的所有值加上8.60作为最后的实际高度输出。如图5所示, 将D和修正后的y值进行曲线拟合得y=-0.02084D+224.5749。将每次数码管的值用Matlab的polyval () 函数重新代入拟合好的曲线, 得到液位的最大误差为0.9mm, 最小误差为-0.01mm。

为了更好地检验拟合直线的准确度, 将拟合好的曲线编程输入S3C2440, 试验过程如上步骤。每次增加5m L, 从18m L开始滴加, 数码管直接输出液位的实际高度, 试验结果见表2, 可见最大误差为-0.09mm, 最小误差为+0.03mm, 都在±0.10mm的范围内。

由以上试验结果可以看出:600dpi CIS输出的视频信号噪声小, 能够清晰地分辨出液位的图像信息。输出信号经调理电路调理后, 可采用ADS930轻松实现阈值分割, 从而通过脉冲计数法实现液位信息的提取。

600dpi CIS最小分辨率为0.042mm, 通过试验可知, 其测量相对误差在±0.10mm以内, 相较于低分辨率的CIS, 提升了液位测量的精度。

本试验使用的600dpi CIS的线性度较好, 像素与高度间的关系可以直接拟合为一次函数。

利用高分辨率的CIS, 并结合相应的硬件转换电路也可以实现无色液体的液位测量。

5 结束语

采用600dpi CIS和S3C2440处理器实现了玻璃管液位计的高精度自动测量。与其他采用CIS实现液位检测的装置相比, 测量精度由0.50mm提高到了±0.10mm。此外, 此液位测量系统计还可以测量无色液体的液位。

参考文献

[1]孙刘杰, 王洪来.基于CIS的水流量标准液位读取装置研究与设计[J].微计算机信息, 2012, (10) :191~192.

自动检测装置 篇8

某公司某一规格产品的磁性能检测工作原来都是依靠手工进行。由于产品具有强磁性,都吸合在一起,检测时由一个工人负责将产品逐一分开,另一个工人用仪器检测磁性,再经一个工人将检测的合格品收集码放。由于该产品的规格极小,是直径为3mm,高2mm的圆柱体,依靠人工逐一检测不但耗时、费力、生产效率低、成本高,有时还会因为人为的因素导致漏检、错拣,让不合格品蒙混过关。更为严重的是,因为该产品极脆,在码放合格品时稍不留神,会导致整排已经码放好的合格品全部因损伤而报废。为了保证检测质量,提高生产效率,降低生产成本,提高企业竞争力,需要一台全自动产品磁性能检测装置。

在国外,只有瑞典的一家公司生产此类检测设备,并且是按订单生产,设备价格特别昂贵;在国内,还没有厂家生产此类专用检测设备。所以,公司自主开发研制一台全自动产品磁性能检测装置。

1 全自动产品磁性能检测装置工艺要求及结构简图

本检测装置要完成的工艺要求为:(1)提取待检测产品;(2)产品磁性能检测;(3)如检测产品为不合格品则放入废品收集处;(4)如检测产品为合格品则放入合格品储料筒中。

1. 待检测品储料筒 2. 磁性能检测仪 3. 不合格品收集 4. 合格品收集储料筒 5. 转盘 6. 气动控制盘 7. 电气控制盘

根据工艺要求设计的全自动产品磁性能检测装置结构简图如图1所示。此装置主要储料筒、转盘、磁性能检测仪等组成。

储料筒分为待检测品储料筒(后面简称为取料筒)和合格品收集储料筒(后面简称为收料筒)。储料筒为高200mm,直径为300mm的圆柱体,筒上有二十个圆柱孔,每个圆柱孔中可放70个待检测品。储料筒由步进电机控制转动。当取料筒的一个圆柱孔中没有产品时,电机会带动取料筒转动到下一个圆柱孔,如下一个圆柱孔还为空时,电机继续带动取料筒转动,直到找到有料的圆柱孔为止,如二十个圆柱孔内均无产品,人机界面则给出取料筒内无料的提示信息。当收料筒的一个圆柱孔放满产品后,电机会带动收料筒转动到下一个圆柱孔,如下一个圆柱孔也已满,电机继续带动收料筒转动,直到找到无产品的圆柱孔为止,如二十个圆柱孔均已放满产品,人机界面则给出收料筒内产品已满的提示信息。

转盘由四个机械转臂组成。四个机械转臂在一个水平面上,各成90度角,四个转臂同时动作。转臂末端用真空吸盘做抓取机构,利用吸盘内形成的负压吸取产品。用气缸控制转臂的上升/下降运动,用直流电机控制机械手臂在水平面上逆时针转90度。

磁性能检测仪用来检测产品磁性能是否合格。

2 检测装置控制系统设计

2.1 检测装置的操作方式

本检测装置分为手动操作方式和自动运行操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。

自动运行操作方式是PLC控制系统的主要运行方式,只要运行条件具备,PLC发出启动预告,由操作人员确认并按下“启动”按钮后,PLC自动启动系统。装置从初始状态开始,装置的动作将自动地、连续不断地周期性循环。在工作中,如按下“停止”按钮,装置则动作停止。重新起动时,须用手动操作方式将装置移回初始状态,然后按下“启动”按钮,装置又重新开始连续工作。在工作中,如按下“复位”按钮,则装置将继续完成一个周期的动作后,回到初始状态后自动停止[1]。

在运行方式设计的同时,还必须考虑到停止方式设计。本装置的停止方式有正常停止、暂时停止和紧急停止三种。

2.2 工作过程

本检测装置的工作过程

在自动运行方式下的工作过程从初始状态开始,按下“启动”按钮后,机器就连续重复工作,分以下几步

(1)步进电机带动取料筒转动,如果检测到有产品的圆柱孔,步进电机会停止转动;(2)取料滑块动作,将取料筒中的产品取入到取料孔中;(3)转臂下降,转臂末端的吸盘吸走取料孔内的产品;(4)转臂上升,直流电机带动转盘使转臂逆时针转90度后停止;(5)转臂下降,转臂末端的吸盘吸住的产品放入到一台磁性检测仪的检测环中,检测产品的磁性能是否合格;(6)转臂上升,转臂逆时针转90度后停止;(7)转臂下降,如检测的产品不合格,则吸盘松气,将不合格品放入废品收集处;如检测的产品合格,则吸盘不松气;(8)转臂上升,转臂逆时针转90度;(9)转臂下降,同时吸盘松气,将检测合格的产品放入送料滑块的送料孔中;(10)送料滑块将产品送入收料筒内。至此,此检测装置完成一个周期动作。

本检测装置的动作条件是必须完成前一步动作才能进行下一步的动作,并且只有所有前提条件均满足时,才能执行下一步的动作[2]。

2.3 控制系统硬件设计

依据本检测装置的工艺流程,实际控制需求以及输入/输出变量特点,确定系统主要为开关量控制,根据输入输出变量数量、类型、控制要求,同时按I/O点数20%～30%的备用量原则,系统选用西门子公司的S7—200PLC为核心控制器件。控制系统硬件结构简图如图2所示。

为了使取料筒中的产品能准确地落到取料滑块的取料孔中,同时送料滑块中的产品能准确地送入到收料筒中,需精确的控制储料筒转动的角度,才能满足控制要求。综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,在本装置中,采用三相混合式步进电机带动储料筒转动,满足设计要求。

为了精确控制步进电机的转动角度,采用西门子公司EM253位置定位控制模块来控制步进电机驱动器。EM253位控模块是S7200的特殊功能模块,能够产生脉冲串用于步进电机和伺服电机的速度和位置的开环控制。EM253位控模块能产生移动控制所需的脉冲串,其组态信息存储在S7200的V存储区中。使用STEP7-Micro/WIN32可生成位控模块所使用的全部组态和移动包络信息,通过软件编程的方法任意设定步进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。

利用传感器来检测机械转臂、取料滑块,送料滑块是否到位。

人机界面选用西门子公司的TD200实现对检测装置运行状态的监视和提示,并完成系统参数设置,程序的调用。Step7-Micro/WIN32提供了集成的TD200组态工具。

2.4 控制系统软件程序设计

根据全自动磁性检测装置的工艺要求,确定了各个动作的顺序和相互关系,画出工艺流程图。控制系统软件程序设计引入了模块化思想进行编程,结构清晰,调试方便。根据功能、控制对象的不同,系统分为自检模块、运行模块、故障模块、停车模块,由一个主程序和若干子程序构成。主程序的功能是检测各按钮及故障报警状态,在需要的时候调用各个子程序,以完成相应的控制功能[5]。

自检模块主要完成PLC、步进电机驱动器等状态检测及其初始化,确认设备状态正常后,PLC才会按指令继续运行。运行模块是控制系统软件的核心,运行模块根据工作方式又分为自动运行模式子模块、手动运行子模块、单周期运行子模块。自动运行模式程序流程图如图3所示。

当系统出现故障时,错误信息会传送至故障模块,由故障模块将其错误的性质、类型、严重性做出判断。一般故障时,仅向人机界面发出错误提示信息;严重时,调用停车模块,中止生产并发出警报。根据程序流程图,再由PLC输入输出的逻辑关系编写出梯形图[6]。

将编制好的程序先用西门子S7-200的仿真软件进行仿真,用于验证程序是否正确。仿真正确通过后,再将程序输入到PLC进行联机调试。

3 结束语

采用PLC控制的全自动磁性检测装置设计完成后,经过安装调试已投入到实际生产,通过在实际生产中的应用表明,它具有结构紧凑,性能稳定可靠,操作方便的特点。可满足工艺要求,节约人手,大大提高检测效率,保证检测质量,降低成本,取得了良好的经济效益。

参考文献

[1]赵文锐,刘晋浩,沈嵘枫,朱晨.基于PLC的沙漠苗条载植机控制系统设计[J].东北林业大学学报,2009(04):105-107.

[2]赵文锐,全自动磁性检测装置的开发研制[D].江苏:南京林业大学硕士论文.2005.8-10.

[3]贾德胜.PLC应用开发实用子程序[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[4]西门子公司.深入浅出西门子S7-200PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.3-5.

[5]迟君平,王斌,李业友.模块化编程方法在PLC程序开发中的应用[J].微计算机信息,2005(6):26-27.

自动检测装置 篇9

在火力发电厂发电机组正常运行过程中, 由于水质及温度等原因凝汽器管内壁会结出不同程度的污垢影响凝汽器换热, 造成机组真空降低, 增加发电煤耗。目前, 大多数电厂对凝汽器的结垢主要是采用周期性胶球清洗的办法进行处理, 即胶球清洗。凝汽器胶周期性球清洗装置是由收球网、胶球输送泵、装球室、控制器、胶球及阀门管路等部件组成的 (如图1所示) 。它借助高压水流的作用将大于凝汽器冷却管内径的清洁胶球挤过冷却水管, 对冷却水管进行反复擦洗, 清洗凝汽器冷却水管内污垢并带出杂质。从而可以实现保证凝汽器管内壁清洁, 延长冷却管使用寿命、保证汽轮机真空、提高发电厂经济效益、保障机组安全运行等目的。而胶球清洗系统清洁效果能否达到最佳, 依赖于胶球个数是否足量。总是存在这样那样的原因导致清洗过程中胶球的堵塞, 出现丢球现象, 这都直接影响了清洗程度及换热效果。目前, 国内电厂中大都采用定期人工检查的方法判断是否需要加球或换球, 费时费力, 使得运行人员劳动强度增加带来诸多不便。因此, 为提高电厂的经济效益以及自动化水平, 急需开发回收胶球自动监测系统。

针对胶球清洗系统胶球回收率低、回收胶球数量检测困难等问题, 国外已经有研究机构对此进行了研究。2003年, 德国Taprogge公司研发了利用光纤传感器对胶球进行计数的胶球回收自动监测器, 并开发了利用水流速度的变化检测管道内部清洗程度的胶球清洗效果监测器。2005年, 日本Hitachi公司对原先的胶球清洗系统进行了一系列的内部机械改造, 研制出的新型胶球清洗系统, 胶球回收率虽然基本上达到了100%, 但其存在的问题是自动检测胶球的数量精度不高, 只能做为参考值。且两家公司的产品在我国都是按照整套胶球清洗系统售卖, 购价昂贵。

此课题目的在于开发一种无需更换原胶球清洗系统, 可以直接附加在原设备上的胶球回收自动监测系统, 如图1所示, 它可以自动地监测回收胶球的数量, 这样运行人员就可以根据检测结果适时地添加或更换胶球, 保证胶球的数量以及质量, 以期达到最佳的清洗效果。

胶球回收自动监测系统的硬件配置主要有三部分组成。其一为数据采集装置由一段方管两端焊法以便与胶球冲洗管道连接, 在方管对应两侧开孔安装视窗用以安装检测探头。检测探头为四组对照式探头, 用以扑捉管道内通过的胶球, 记录其个数。其二为数据显示装置。检测探头扑捉到的管道内通过的胶球数量通过光纤传送给计数器直观的显示出胶球数量。其三为收球室在胶球泵的入口端加一胶球泵其作用就是此新加的收球室与原有的收球室相配合使胶球清洗系统内胶球在检测时间段内只进行一个周期的运行以保证不重复计数。

2 胶球计数的实现

本装置采用对照式光纤传感器, 无胶球通过时, 光纤传感器的入射端发出的光线能够被接收端接收, 如果有胶球通过, 光线被遮挡, 接收端接收不到光线信号, 即发出1个脉冲信号, 该脉冲波信号传输到显示装置增加检测胶球数, 如图2所示。

该胶球回收自动监测系统的与国外同类设备的重要区别在于首先将国外的单组测点改为多组测点 (如图2所示) 。国外同类设备是在凝汽器胶球清洗系统中胶球所经过的管道中间安装一个检测探头, 然后经过长达几个小时的检测, 将所检测到的胶球的个数根据统计学的理论进行分析计算得到一个平均值送给显示仪表供电厂运行人员参考。这样给出的胶球的个数是不准确的。因为胶球是有一定重量的, 虽然它有一定的浮力但在管道中间由水带动移动的过程中仍然呈不均匀分布 (管道底部通过的胶球远远多于上部通过的胶球) , 所以虽然统计学的理论是没有问题的, 但由于实际情况比较复杂最终导致给出的结果还是有相当大的误差。

该胶球回收自动监测系统的监测装置吸取了国外同类设备的优点, 在此基础上考虑到实际情况的复杂性, 并对设备进行了改造, 将原来的一组检测探头增加为四组探头 (按设定好的距离安装) , 封住了胶球通过管道的整个横截面, 使得胶球无论在什么位置通过都可以保证被扑捉到。实际测试中假设胶球清洗系统管道中水流的速度为3米/秒, 换句话说扑捉胶球的频率最大不超过150次/秒 (远大于实际水流的速度) , 该套系统检测探头采用HPX系列光纤光电感应器。光纤放大器为HPX-T1型, 光纤为FT8-310型。显示仪表为HB智能双数显计测器。两种设备的检测及显示速度都远大于水流的速度。所以在设备上保证了不会出现丢漏球的发生, 保证了检测的精度。其次为了保证在检测的过程中不重复计数, 在胶球清洗系统中增加了一台收球室, 这样就可以控制在检测的过程中胶球只进行一个循环, 达到不重复计数的目的。

3 操作流程

胶球清洗系统正常运行状态时原收球室新加的收球室都处在开启状态, 胶球泵运行中。当需要进行计数时首先将显示仪表加电予热, 将原收球室关闭 (既将胶球回收到此收球室中) 。经过大约40分钟 (现场操作规定) , 此时胶球清洗系统中的胶球全部收到收球室中。关闭新加的收球室 (保证胶球只运行一个循环周期) , 适当开启原收球室 (控制胶球单位时间内少量均匀的排出) 。经过大约40分钟 (现场操作规定) , 胶球胶球全部回收到新收球室中, 读取显示仪表上的记录既为胶球清洗系统中的胶球个数。

4 结论与展望

在电厂实际的监测中, 对300个样本球进行多次监测。实验证明, 本胶球监测系统能够快速、准确地判断并显示回收胶球的数量准确率大于99.5%, 得到了电厂运行人员的好评。

随着国内电厂操作自动化的大幅度提高, 技术改造工作的进一步开展, 凝汽器清洗胶球回收自动监测系统将受到广泛的关注的和使用, 它能明显地提高发电机组的真空, 有效地减少汽轮机排汽损失, 降低汽轮机的汽耗率, 提高了经济效益。

由于国内一直没有此类产品, 国外进口产品价格昂贵, 而且国外公司都是成套售卖, 造成了极大的资源浪费。应用本产品时只需作为原胶球清洗系统的附加系统使用, 避免了资源浪费, 大大减少了资金投入。而且降低了运行人员的劳动强度。因此说, 本产品的成功研制填补了国内空白, 具有很好的市场前景和推广价值。

摘要：针对凝汽器结垢进行胶球清洗过程中容易丢球毁球而导致胶球数量不足问题, 研制出一种能够自动检测胶球数量的自动监测装置, 它采用对照式光纤传感器检测胶球。首先, 将国外的单组测点改为多组测点, 这样就大大的提高了检测的精确度。其次, 原来是多循环采样, 然后再进行繁琐的计算以找出一个平均值, 现将这一过程改为单循环操作, 既节省了不必要的大量复杂计算, 也使得检测结果一目了然。多次试验结果表明, 此装置具有非常好的实时性和精确度。该装置的成功研制填补了国内空白。

关键词：凝汽器,胶球清洗自动监测装置,多组测点,单循环操作

参考文献

[1] TAPROGGE Gesellschaft mbH. “Ball Effectiveness Monitor BEM”, http://halmel.com.au/halmel/Brochures/Taprogge%20New/Ball% 20effectiveness%20monitor%20BEM.pdf.

[2] TAPROGGE Gesellschaft mbH. “Ball Recirculation Monitor BRM”, http://halmel.com.au /halmel/Brochures/Taprogge%20New/Ball%20 Recirculation%20monitor%20BRM.pdf.

[3]S.Kaneko et al., Patent No.3302897, “Heat Exchanger Tube Cleaning Systemand Operation Method, ”registration date;A-pril26, 2002, in Japanese.

自动检测装置 篇10

目前,液体流量标准装置的自动化程度越来越高,检定过程大多达到了自动处理。对静态容积法流量标准装置中玻璃管液位的测量[1],以前主要是通过游标卡尺和目测相结合的方法,费时费力,而且误差也大。目前,液位测量方法中较多的有超声波液位测量、浮沉式的液位测量、电容式液位测量、压力传感器等[2],但是由于环境的因素和测量的方式,造成测量的准确度很低。如参考文献[3]使用DYP - ME007 超声波模块制作的液位测量装置,其测量精度为1cm,对于大体积的液位尚可接受,如果液位本身高度变化范围就是在厘米以内,就显得难以接受。参考文献[2]采用的电容式传感器进行液位测量,其精度为1cm,误差也较大。为了实现液位的高精度测量,本设计在采用接触式图像传感器的基础上,设计了一种高精度液位自动检测装置。

1 系统原理分析

接触式图像传感器CIS( Contact Image Sensor)是一种感光元件线阵排列的传感器,其工作原理是通过传感器内部的感光元件将光线的强弱转换为电信号输出。因为CIS传感器都自带光源,所以在扫描仪、传真机等领域应用广泛,但是由于其结构的特点完全可以应用在液体流量标准装置中。本设计选用深圳矽感公司生产的CIS图像传感器,型号为SV2121A4W - 00,总长度216mm,传感器的分辨率为200dpi,8dots/mm,即分辨率可达到0. 125mm[4]。外置平行光源经过玻璃管中液体后照射到传感器内部的感光元件,由于液体和空气的透射率和折射率不同,在感光元件上成的像也不同。有液位的部分为低电平,无液体的部分为高电平。其中图1 所示为CIS的时序图。

CP为3. 5MHz的时钟信号,占空比为25% ,控制CIS的视频信号输出,SP为启动脉冲信号,周期为0. 9ms,上升沿将启动一个周期的扫描,一个周期内依次输出1728 个有效的像素电压值,大于1728的信息为无效信息。图2 所示为启动信号SP和VOUT的输出信号。其中高电平的部分为无液体部分,低电平的部分为有液体的部分,只要知道一个周期内高电平对应的液体高度也就知道了实际液体的高度。

2 系统硬件组成

本系统的核心处理器采用三星公司的S3C2440,具体实现的结构框图如图3 所示。光源部分采用外置的平行光源,CIS的时钟驱动信号通过S3C2440 的PWM功能产生,CIS输出的视频信号通过调理电路后,输入到A/D转换器的输入端。由于输出视频信号速率较高,所以此处采用的是TI公司的30M高速A/D转换器ADS930,其采样速率为CP时钟信号频率的2 倍,也通过S3C2440 的PWM产生。通过实验证明,PWM频率值会与理论值存在偏差,需要通过示波器进行调整,然后进行修正。为了保证输出的波形规则,采用施密特触发器74HC14进行施密特整形。

A / D转换器输出的数据采用FIFO缓存器AL422B进行缓存,其中AL422B的片选信号和时钟信号需要与A/D转换器保证同步,在A/D转换器输出的同时,AL422B进行数据的存入,所以这里AL422B的片选信号采用CIS的时钟使能信号SP,AL422B的写时钟信号与A / D转换器的采样时钟信号相同。

显示电路采用MAX7219 芯片设计的8 位数码管显示模块,其采用SPI接口与S3C2440 进行通信,S3C2440 的GPG1、GPG3、GPG5 分别与MAX7219 的13 脚( 时钟信号) 、1 脚( 串行数据输入) 和12 脚( 片选信号) 相连,通过简单的寄存器配置就可以进行数码管显示。采用S3C2440 的通用异步收发器UART实现串口通信,在调试时,可以通过串口连续输出多幅图像的信息,用于改进提取液位智能算法。

3 系统软件设计

整个系统软件设计如图4 所示,启动命令开始时,首先对GPIO、中断、定时器和MAX7219 进行初始化,然后进入while循环中。在循环体中,先写AL422B。

初始化,初始化后开始从AL422B的0 地址写入数据,初始化后可以适当地延时几个nop( ) 的时间。然后对AL422B读初始化,读初始化后从AL422B的0 地址开始读取图像数据,为了保证数据的准确性,可以读取多幅图像的数据,滤波去噪,然后采用电平阈值分割算法实现液位信息的提取。由于读取了多幅图像信息,所以可以一次性提取出多个液位信息,进行平均,然后采用事先拟合好的函数关系标定出液位的实际高度,显示到数码管上。

由于数码管一次显示后会暂停,不输入新的信息,数码管也不会熄灭,所以尽管显示处理完后又重新进入写图像,读图像,处理图像的过程,但从人眼观察来说,是连续的。整个过程不断地循环,实现液位信息的实时显示。

4 实验过程

在玻璃管液位检测装置中,由于凹形液面的透光性在空气和液体之间,所以凹形液面产生的过渡区域的数值不能统计到液体高度的像素信息中。为了补偿过渡区域的误差,通过曲线拟合的方式,建立传感器检测的液体高度的像素点个数和实际高度之间的数学模型。

经过测量,用于标定的实验量筒容积均匀,刻度均匀。60ml液体所占高度为142mm,平均每毫升液体高度为2. 366mm。用精度为0. 05ml的吸液管向量筒中加入液体,从20ml一直加到65ml,每5ml记录一次液体的高度和数码管的液位像素显示信息D,这样重复进行三轮,对于每一个高度,将三轮实验的D取平均值,以消除随机误差。三轮实验的数据用D1、D2、D3 表示,如表1 - 2 所示。

在标定的过程中,首先需要特别注意的是光源不能移动,因为光源轻微的移动,都会造成在CIS上成的像有差别,从而造成数据的不同,影响准确度。

其次,单次数码管的读数试验中,为了更好地保证读数的准确,可以将读完一次数码管的数据后,用硬纸片将试管遮住多一些,这时将显示一个不同的显示值,移开硬纸片,数码管又恢复到第一次的读数,说明重复性很好,否则就多试验几次,取最平均的值作为单次标定过程中数码管的读数,这样能更加保证读数的准确性。表1 中的D1、D2、D3分别表示三次数码管的读数,D是三次读数的平均值,其值表示无液体部分的像素值。h为液体的实际高度,he为数码管读数后转换的液位高度,△h1为实际液体高度和转换后高度的差值。he的高度其实是用CIS像素的实际长度216mm减去无液体部分的高度,也就是液位的实际高度和临界区的总和,其值应该为一个固定值x1。△h1的最大偏差范围为9. 58。以D和h作曲线拟合的直线y1= - 0. 0625D +225. 6884,D和he作曲线拟合得直线y2= - 0. 0624 +215. 9205,如果y1和y2的斜率相同,直接用两条之间的距离作为修正值,此处斜率不是完全一样,经过分析取+ 9. 75 对所有的he值进行修正,即he的所有值加上9. 75 作为最后的实际高度输出。

将表中的D和y数据用最小二乘法作线性拟合,得到二者的数学关系。如图5 所示。总体上数码管的显示数D与校准后的实际高度输出y之间的线性关系挺好。将每次数码管的值使用MATBLAB中的polyval ( ) 函数重新代入拟合好的曲线y = 0. 0624* D + 225. 6835 中,通过与实际标定中的液位实际高度数值比对,液位的最大误差为+ 0. 29mm,最小误差为- 0. 04mm。

为了更好地检验拟合直线的准确度,将拟合好的曲线关系编程输入S3C2440,实验过程如上步骤一样。每次增加5ml,从18ml开始滴加,数码管直接输出液位的实际高度,实验结果如表3 - 4 所示。最大的误差为- 0. 42mm,最小的误差为- 0. 03mm,大部分的误差都在 ± 0. 25mm以内。

5 结束语

本文采用ARM9 架构的S3C2440 和CIS实现了玻璃管液位计自动检测装置,比起专门FPGA/CPLD等时钟驱动电路进行驱动设计而言[5],更加简便。其通过S3C2440 的PWM产生CIS和其它外围器件的高频时钟驱动,且实现液位图像信息的高度提取。实验证明,本装置稳定可靠,测量基本误差达到± 0. 25mm以内。由于算法处理过程中,优先了稳定性,整体上实时性能不够好。因为本装置是应用于静态容积法的流量标准装置中,所以实时性要求不高。总体上,可很好地解决传统液位测量中精度差的问题。

参考文献

[1]韩伟,任文波,孙立成.LSJ_300型静态容积法、标准表法水流量标准装置应用与分析[J].计量技术,2002(2):47-50.

[2]朱高中.电容式传感器在液位测量中的应用研究[J].液压与气动,2012(2):70-72.

[3]兰羽.基于DYP_ME007超声波模块的液位测量系统设计[J].工业加热,2013,42(6):18-26.

[4]Syscan Inc.SV2121A4R Contact Image Sensor Datasheet[Z].Shenzhen Syscan Technology Co.,Ltd.2010.