油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置论文和设计-李娟

全文摘要

本实用新型公开了一种油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置，涉及液位测量装置技术领域。所述装置包括激光发射器，所述激光发射器的信号输出端与多模光纤的一端连接，多模光纤的另一端与光电池相对设置，激光发射器发出的激光通过多模光纤传输给所述光电池，为所述光电池提供能量输入；所述光电池的电源输出端与超声波液位测量仪的电源输入端连接，所述光电池在MPPT控制模块的控制下为所述超声波液位测量仪提供工作电源；所述超声波液位测量仪整体位于被测量的油罐的外侧，且超声波液位测量仪中探头安装在油罐罐体外的顶部。所述装置具有使用安全，可应用于易燃易爆环境，且测量精度高等优点。

设计方案

1.一种油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置，其特征在于：包括激光发射器（1），所述激光发射器（1）的信号输出端与多模光纤（2）的一端连接，多模光纤（2）的另一端与光电池（3）相对设置，激光发射器（1）发出的激光通过多模光纤（2）传输给所述光电池（3），为所述光电池（3）提供能量输入；所述光电池（3）的电源输出端与超声波液位测量仪的电源输入端连接，所述光电池在MPPT控制模块（4）的控制下为所述超声波液位测量仪提供工作电源；所述超声波液位测量仪（5）整体位于被测量的油罐（6）的外侧，且超声波液位测量仪中探头安装在油罐罐体外的顶部。

2.如权利要求1所述的油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置，其特征在于：所述光电池（3）为GaAs光电池。

3.如权利要求1所述的油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括微控制器，所述光电池的电源输出端分为两路，第一路经开关管与+12VDC-DC稳压电路的电源输入端连接，所述+12V DC-DC稳压电路的电源输出端与所述超声波液位测量仪的电源输入端连接，所述微控制器的信号输出端经开关管控制电路与所述开关管的控制端连接；所述超声波液位测量仪的信号输出端经电流检测模块与所述微控制器的信号输入端连接；所述光电池的电源输出端的第二路与+5V DC-DC稳压电路的输入端连接，+5V DC-DC稳压电路的输出端与微控制器的电源输入端连接，用于为所述微控制器提供工作电源。

4.如权利要求3所述的油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与所述微控制器的信号输入端连接，用于采集环境的温度信息；存储芯片与所述微控制器双向连接，用于保存液位仪的设置状态及存储数据；人机交互模块与所述微控制器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据；异常状态声光报警模块与所述微控制器的信号输出端连接，当发生异常状况时发出声光报警信号。

5.如权利要求4所述的油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置，其特征在于：所述人机交互模块包括与微控制器的信号输入端连接的按键模块以及与所述微控制器的信号输出端连接的显示模块。

6.如权利要求3所述的油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置，其特征在于：所述+5V DC-DC稳压电路包括LTC3105型稳压芯片U1，所述U1的Vin引脚分为三路，第一路与电源连接，第二路经电容C1接地，第三路经电感L1与所述U1的SW引脚连接，所述U1的MPPC引脚经电阻R1后分为两路，第一路经电容C2接地，第二路依次经二极管D4、二极管D3后接地；所述U1的AUX引脚经电容C5后接地；所述U1的GND引脚以及FBLDO引脚接地；所述U1的LDO引脚分为两路，第一路经电容C4接地，第二路经电阻R2接地；所述U1的FB引脚分为两路，第一路经电阻R4接地，第二路经电阻R3与所述U1的Vout引脚连接，所述U1的Vout引脚分为三路，第一路为所述稳压电路的电源输出端，第二路经电容C3接地，第三路经电阻R5接地。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及液位测量装置技术领域，尤其涉及一种油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置。

背景技术

现在很多传统的油罐液位的计量还都按照国家技术监督局20世纪90年代早前实施的JJG1014-89罐内液体产品的相关技术的规范，己经适应不了现代高精度计量产品的的发展。因为微小的测量误差都会影响到整体液位的测量精度，造成计量误差，给供\/需方带来经济损失，所以如何提高罐内液位的精度，逐渐成为当今密封油罐内液位高度测量的一大热点。

油罐液位测量设备长期工作在强油气环境中，供电问题也一直是其亟待解决的关键问题之一。通常情况下，油罐液位测量设备采用电缆或者电池等方式进行供电，由于测试环境和供电装置本身特点的限制，这些供电方式往往存在以下不足：

（1）储油罐的环境对于供能要求很高，日常密封储油时难免会有易燃易爆的油气挥发或者溢出，供电电缆的使用会产生不可预料的电火花等，可能会造成不可估量的损失和危险。

（2）由于电池自身寿命有限，如果采用电池供电就会出现续航能力不足的问题，为了满足设备的用电需求，则需要对供电电池进行频繁更换，既造成了经济上的损失，又加大了供电难度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种使用安全，可应用于易燃易爆环境，且测量精度高的油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置，其特征在于：包括激光发射器，所述激光发射器的信号输出端与多模光纤的一端连接，多模光纤的另一端与光电池相对设置，激光发射器发出的激光通过多模光纤传输给所述光电池，为所述光电池提供能量输入；所述光电池的电源输出端与超声波液位测量仪的电源输入端连接，所述光电池在MPPT控制模块的控制下为所述超声波液位测量仪提供工作电源；所述超声波液位测量仪整体位于被测量的油罐的外侧，且超声波液位测量仪中探头安装在油罐罐体外的顶部。

优选的，所述光电池为GaAs光电池。

进一步的技术方案在于：所述测量装置还包括微控制器，所述光电池的电源输出端分为两路，第一路经开关管与+12V DC-DC稳压电路的电源输入端连接，所述+12V DC-DC稳压电路的电源输出端与所述超声波液位测量仪的电源输入端连接，所述微控制器的信号输出端经开关管控制电路与所述开关管的控制端连接；所述超声波液位测量仪的信号输出端经电流检测模块与所述微控制器的信号输入端连接；所述光电池的电源输出端的第二路与+5V DC-DC稳压电路的输入端连接，+5V DC-DC稳压电路的输出端与微控制器的电源输入端连接，用于为所述微控制器提供工作电源。

进一步的技术方案在于：所述测量装置还包括温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与所述微控制器的信号输入端连接，用于采集环境的温度信息；存储芯片与所述微控制器双向连接，用于保存液位仪的设置状态及存储数据；人机交互模块与所述微控制器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据；异常状态声光报警模块与所述微控制器的信号输出端连接，当发生异常状况时发出声光报警信号。

优选的：所述人机交互模块包括与微控制器的信号输入端连接的按键模块以及与所述微控制器的信号输出端连接的显示模块。

进一步的技术方案在于：所述+5V DC-DC稳压电路包括LTC3105型稳压芯片U1，所述U1的Vin引脚分为三路，第一路与电源连接，第二路经电容C1接地，第三路经电感L1与所述U1的SW引脚连接，所述U1的MPPC引脚经电阻R1后分为两路，第一路经电容C2接地，第二路依次经二极管D4、二极管D3后接地；所述U1的AUX引脚经电容C5后接地；所述U1的GND引脚以及FBLDO引脚接地；所述U1的LDO引脚分为两路，第一路经电容C4接地，第二路经电阻R2接地；所述U1的FB引脚分为两路，第一路经电阻R4接地，第二路经电阻R3与所述U1的Vout引脚连接，所述U1的Vout引脚分为三路，第一路为所述稳压电路的电源输出端，第二路经电容C3接地，第三路经电阻R5接地。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请所述装置在使用时不与被测液体直接接触，不破坏封闭罐体的整体结构，可以在复杂条件下测量具有酸碱性的液体，具备以下优点：1）光纤具备电磁干扰免疫、耐腐蚀等优良特性，可以有效地避免电磁环境的影响，避免易燃易爆情况的发生，使用安全性高；2）整个系统体积小、重量轻，结构简单；3）避免使用本地电源和电池，完全摆脱了铜制电缆的束缚和电池容量的限制，同时也实现了电气隔离；4）作为供电电源输出纹波小，噪声低，供电稳定度高。5）通过超声波进行测量，测量精度高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例所述装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述装置的原理框图；

图3是本实用新型实施例所述装置中+5V DC-DC稳压电路的原理图；

其中：1、激光发射器；2、多模光纤；3、光电池；4、MPPT控制模块；5、超声波液位测量仪；6、油罐；7、内层罐体；8、外层罐体；9、油液面；10、发射波；11、回波。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实用新型实施例公开了一种油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置，包括激光发射器1，所述激光发射器可以使用532nm、671nm、808nm、980nm波长的激光发射器；所述激光发射器1的信号输出端与多模光纤2的一端连接，多模光纤2的另一端与光电池3相对设置，激光发射器1发出的激光通过多模光纤2传输给所述光电池3，为所述光电池3提供能量输入，优选的，所述光电池3可以为GaAs光电池；所述光电池3的电源输出端与超声波液位测量仪的电源输入端连接，所述光电池在MPPT控制模块4的控制下为所述超声波液位测量仪提供工作电源；所述超声波液位测量仪5整体位于被测量的油罐6的外侧，且超声波液位测量仪中探头安装在油罐罐体外的顶部。

如图2所示，所述测量装置还包括微控制器，所述光电池的电源输出端分为两路，第一路经开关管与+12V DC-DC稳压电路的电源输入端连接，所述+12V DC-DC稳压电路的电源输出端与所述超声波液位测量仪的电源输入端连接，所述微控制器的信号输出端经开关管控制电路与所述开关管的控制端连接；所述超声波液位测量仪的信号输出端经电流检测模块与所述微控制器的信号输入端连接；所述光电池的电源输出端的第二路与+5V DC-DC稳压电路的输入端连接，+5V DC-DC稳压电路的输出端与微控制器的电源输入端连接，用于为所述微控制器提供工作电源。

如图2所示，所述测量装置还包括温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与所述微控制器的信号输入端连接，用于采集环境的温度信息；存储芯片与所述微控制器双向连接，用于保存液位仪的设置状态及存储数据；人机交互模块与所述微控制器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据；异常状态声光报警模块与所述微控制器的信号输出端连接，当发生异常状况时发出声光报警信号。所述人机交互模块可以包括与微控制器的信号输入端连接的按键模块以及与所述微控制器的信号输出端连接的显示模块。

工作原理：电源部分通过电-光-电的方式完成能量的传输和利用，激光发射模块以半导体二极管激光器（Laser Diode, LD）为核心器件，还包括激光光源的驱动电路，为系统提供稳定、足量的光功率；多模光纤将LD发出的特定波长的单色激光传输给远端单元的GaAs光电池；光接收模块主要包括GaAs光电池及控制和稳压模块，其中光电池是核心器件，它将光纤输出的光能转换为电能，通过DC-DC稳压电路转换为5V为微控制器供电，同时光电池经开关管后通过DC-DC稳压电路转换为12V输出为超声波液位测量仪供电。此开关管的开关状态由微控制器通过开关管控制电路控制，需要采集液位信息时使开关管导通，光电池给超声波液位测量仪供电；不需要采集液位信息时使开关管关断，超声波液位测量仪断电不工作。采集周期可通过按键进行设置。减小了系统的功耗。超声波液位测量仪输出信号范围为4-20mA，微控制器经电流检测模块接收到液位仪的输出信号，经AD转换得到电压值，再换算成油面距离液位仪的距离。温度传感器用于实现测量值的实时温度补偿。

工作时，超声波液位测量仪发射一串高频超声波脉冲，当超声波脉冲遇到被测介质表面时被反射回来，部分反射的超声波被同一换能器接收，并转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，超声波脉冲从发射至接收所需传输时间t<\/i>与换能器到被测介质表面的距离h<\/i>成正比。超声波液位测量仪测量的距离值h<\/i>与声速C<\/i>和传输时间t<\/i>之间的关系可以用公式表示：

h<\/i>=C<\/i>·t<\/i>\/2

从而得出油罐内液体与灌顶的距离，进而得出油罐内的储油量。

日常加油站储油罐罐体为双层结构，如图1所示，而且深埋地下，罐体四周屯沙土掩埋。鉴于超声波超强的穿透力，可以穿透双层罐体，直达油面，再考虑到方便安装和维护等因素，所以超声波探头安装在罐体外的顶部，此种方案中，超声波穿透时共计会遇到五个反射面，外层罐体外反射面、外层罐体内反射面、内层罐体外反射面、内层罐体内反射面、罐体内油液反射面，第五个反射面回波即油面回波，所以需要把该回波检测出来进行距离计算，即罐体内油液面上方的空气高度，罐体总高度再减去空气高度，就得到油面高度。

进一步的，所述装置还包括DC-DC稳压电路6，所述MPPT控制模块4通过所述DC-DC稳压电路6与所述超声波液位测量仪的电源输入端连接。

进一步的，如图3所示，所述DC-DC稳压电路（6）包括LTC3105型稳压芯片U1，所述U1的Vin引脚分为三路，第一路与电源连接，第二路经电容C1接地，第三路经电感L1与所述U1的SW引脚连接，所述U1的MPPC引脚经电阻R1后分为两路，第一路经电容C2接地，第二路依次经二极管D4、二极管D3后接地；所述U1的AUX引脚经电容C5后接地；所述U1的GND引脚以及FBLDO引脚接地；所述U1的LDO引脚分为两路，第一路经电容C4接地，第二路经电阻R2接地；所述U1的FB引脚分为两路，第一路经电阻R4接地，第二路经电阻R3与所述U1的Vout引脚连接，所述U1的Vout引脚分为三路，第一路为所述稳压电路的电源输出端，第二路经电容C3接地，第三路经电阻R5接地。以LTC3105为稳压芯片的DC-DC稳压电路，当输入电压设计图

油罐用激光光纤供能的超声波液位测量装置论文和设计-李娟

全文摘要

设计方案

设计说明书

相关信息详情

猜你喜欢