一种磁致伸缩液位计论文和设计-呼秀山

全文摘要

本申请涉及一种磁致伸缩液位计，属于磁致伸缩液位计技术领域。本申请包括：固定器；多个测量单元，多个测量单元沿固定器长度方向依次顺序固定在固定器上；多根波导丝，多根波导丝与多个测量单元一一对应连接；每根波导丝均沿固定器的长度方向设置，且上一根波导丝的尾端至少延伸至下一根波导丝的首端；磁性浮子，套设在固定器上，当液面发生变化时，磁性浮子沿固定器向上或者向下浮动，且在磁性浮子自身形成的磁场中存在有波导丝处于其中。通过本申请有助于实现在提升测量量程的同时保证测量精度。

主设计要求

1.一种磁致伸缩液位计，其特征在于，包括：固定器；多个测量单元，多个所述测量单元沿所述固定器长度方向依次顺序固定在所述固定器上；多根波导丝，多根所述波导丝与多个所述测量单元一一对应连接；每根所述波导丝均沿所述固定器的长度方向设置，且上一根所述波导丝的尾端至少延伸至下一根所述波导丝的首端；磁性浮子，套设在所述固定器上，当液面发生变化时，所述磁性浮子沿所述固定器向上或者向下浮动，且在所述磁性浮子自身形成的磁场中存在有所述波导丝处于其中。

设计方案

1.一种磁致伸缩液位计，其特征在于，包括：

固定器；

多个测量单元，多个所述测量单元沿所述固定器长度方向依次顺序固定在所述固定器上；

多根波导丝，多根所述波导丝与多个所述测量单元一一对应连接；

每根所述波导丝均沿所述固定器的长度方向设置，且上一根所述波导丝的尾端至少延伸至下一根所述波导丝的首端；

磁性浮子，套设在所述固定器上，当液面发生变化时，所述磁性浮子沿所述固定器向上或者向下浮动，且在所述磁性浮子自身形成的磁场中存在有所述波导丝处于其中。

2.根据权利要求1所述的磁致伸缩液位计，其特征在于，所述上一根所述波导丝的尾端至少延伸至下一根所述波导丝的首端，包括：

上一根所述波导丝的尾端超过下一根所述波导丝的首端，但未超过下一根所述波导丝的尾端，以使相邻的两个所述测量单元具有测量重叠区。

3.根据权利要求1所述的磁致伸缩液位计，其特征在于，多个所述测量单元等间距分布，和\/或，每根所述波导丝形成的测量长度均相同。

4.根据权利要求1-3任一项所述的磁致伸缩液位计，其特征在于，所述磁致伸缩液位计还包括：主控单元，所述主控单元分别与多个所述测量单元连接，用于接收测量到所述磁性浮子的所述测量单元发送的数据，并根据所述数据得到液位。

5.根据权利要求4所述的磁致伸缩液位计，其特征在于，所述测量单元包括：第一处理器、第一激励脉冲电路模块、第一感应器、第一接收放大模块和第一通信模块；

所述第一处理器与所述第一激励脉冲电路模块连接，所述第一激励脉冲电路模块与所述波导丝连接；

所述第一处理器与所述第一接收放大模块连接，所述第一接收放大模块与所述第一感应器连接，所述第一感应器设置在所述波导丝的首端，用于感应检测传输至所述波导丝首端的扭转波脉冲波；

所述第一处理器与所述第一通信模块连接。

6.根据权利要求5所述的磁致伸缩液位计，其特征在于，所述主控单元包括：第二处理器和第二通信模块；

所述第二处理器与所述第二通信模块连接；

所述第二通信模块与所述第一通信模块连接，以实现所述主控单元与所述测量单元连接。

7.根据权利要求5所述的磁致伸缩液位计，其特征在于，所述第一感应器采用感应线圈或者压电陶瓷。

8.根据权利要求4所述的磁致伸缩液位计，其特征在于，所述测量单元包括：第二激励脉冲电路模块、第二接收放大模块和第二感应器；

其中，所述第二激励脉冲电路模块与所述波导丝连接；

所述第二接收放大模块与所述第二感应器连接，所述第二感应器设置在所述波导丝的首端，用于感应检测传输至所述波导丝首端的扭转波脉冲波。

9.根据权利要求8所述的磁致伸缩液位计，其特征在于，所述主控单元包括：第三处理器、发射选通开关和接收选通开关；

所述第三处理器分别与所述发射选通开关和所述接收选通开关连接，所述发射选通开关分别与各个所述测量单元的所述第二激励脉冲电路模块连接，所述接收选通开关分别与各个所述测量单元的所述第二接收放大模块连接。

10.根据权利要求8所述的磁致伸缩液位计，其特征在于，所述第二感应器采用感应线圈或者压电陶瓷。

设计说明书

技术领域

本申请属于磁致伸缩液位计技术领域，具体涉及一种磁致伸缩液位计。

背景技术

磁致伸缩液位计主要用于液体的液位测量。

磁致伸缩液位计工作时，在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在磁致伸缩液位计的测杆外配有一磁性浮子，此磁性浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。当脉冲电流磁场与磁性浮子自身产生的磁场相遇时，磁性浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在磁性浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，该扭转波脉冲为机械振动波，扭转波脉冲以固定的速度沿波导丝向其两端传播，被设置在波导丝首端的感应单元检测到时，通过计算发出激励脉冲和检测到扭转波脉冲的时间差，可精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。

在实际应用中，当测量范围增大时，由于波导丝上扭转波脉冲是机械振动波，会随着波导丝长度的增加而衰减。对于大量程的测量，比如，30米以上量程时，扭转波脉冲随着波导丝长度的增加而衰减，最终被检测到的信号很微弱，即使通过放大，信号也会被噪声淹没，造成无法可靠测量。同时，扭转波脉冲在波导丝上传播速度的误差，磁致伸缩液位计的误差主要来自于扭转波脉冲在波导丝上传播速度的误差，测量误差随着量程的增加不断累加。

综上分析，磁致伸缩液位计存在量程越大误差越大的问题，进而在实际使用时限制了磁致伸缩液位计的测量量程。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种磁致伸缩液位计，有助于在提升测量量程的同时保证测量精度。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，

本申请提供一种磁致伸缩液位计，包括：

固定器；

多个测量单元，多个所述测量单元沿所述固定器长度方向依次顺序固定在所述固定器上；

多根波导丝，多根所述波导丝与多个所述测量单元一一对应连接；

每根所述波导丝均沿所述固定器的长度方向设置，且上一根所述波导丝的尾端至少延伸至下一根所述波导丝的首端；

进一步地，所述上一根所述波导丝的尾端至少延伸至下一根所述波导丝的首端，包括：

上一根所述波导丝的尾端超过下一根所述波导丝的首端，但未超过下一根所述波导丝的尾端，以使相邻的两个所述测量单元具有测量重叠区。

进一步地，多个所述测量单元等间距分布，和\/或，每根所述波导丝形成的测量长度均相同。

进一步地，所述磁致伸缩液位计还包括：多个阻尼器，多个所述阻尼器一一对应连接在多根所述波导丝的尾端，所述阻尼器能够减弱吸收向所述波导丝尾端传播的扭转波脉冲。

进一步地，所述磁致伸缩液位计还包括：主控单元，所述主控单元分别与多个所述测量单元连接，用于接收测量到所述磁性浮子的所述测量单元发送的数据，并根据所述数据得到液位。

进一步地，所述测量单元包括：第一处理器、第一激励脉冲电路模块、第一感应器、第一接收放大模块和第一通信模块；

所述第一处理器与所述第一激励脉冲电路模块连接，所述第一激励脉冲电路模块与所述波导丝连接；

所述第一处理器与所述第一通信模块连接。

进一步地，所述主控单元包括：第二处理器和第二通信模块；

所述第二处理器与所述第二通信模块连接；

所述第二通信模块与所述第一通信模块连接，以实现所述主控单元与所述测量单元连接。

进一步地，所述第一感应器采用感应线圈或者压电陶瓷。

进一步地，所述测量单元包括：第二激励脉冲电路模块、第二接收放大模块和第二感应器；

其中，所述第二激励脉冲电路模块与所述波导丝连接；

所述第二接收放大模块与所述第二感应器连接，所述第二感应器设置在所述波导丝的首端，用于感应检测传输至所述波导丝首端的扭转波脉冲波。

进一步地，所述主控单元包括：第三处理器、发射选通开关和接收选通开关；

进一步地，所述第二感应器采用感应线圈或者压电陶瓷。

第二方面，

本申请提供一种液位测量方法，其特征在于，所述方法利用如上述任一项所述磁致伸缩液位计，所述方法包括：

确定测量到所述磁性浮子的所述测量单元；

根据确定出的所述测量单元计算得到液位。

进一步地，所述根据确定出的所述测量单元计算得到液位，包括：

根据确定出的所述测量单元，利用预设的计算公式计算出所述磁性浮子与预设测量基准点之间的距离；

根据计算出的所述距离得到液位。

进一步地，所述预设的计算公式为：

其中，Q_{n<\/sub>+Q_{n-1<\/sub>＝100％；}}

式中，D为所述磁性浮子与所述预设测量基准点之间的距离；L_{n<\/sub>为第n个所述测量单元测得所述磁性浮子得到的距离；L_{n-1<\/sub>为第n-1个所述测量单元测得所述磁性浮子得到的距离；}}

i、j和n均为整数，且1≤i≤n，1≤j≤n-1；

当i＝1时，d_{0<\/sub>为第1个测量单元与所述预设测量基准点之间的距离；当i≥1 时，d _{i-1<\/sub>为第i-1个测量单元与第i个测量单元之间的距离；}}

当j＝1时，d_{0<\/sub>为第1个测量单元与所述预设测量基准点之间的距离；当j≥1 时，d _{j-1<\/sub>为第j-1个测量单元与第j个测量单元之间的距离；}}

Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>均为权重。}}

进一步地，如果确认出的所述测量单元仅为测量单元n，则Q_{n<\/sub>＝100％， Q _{n-1<\/sub>＝0；所述预设的计算公式简化为：}}

进一步地，如果确认出的所述测量单元为L_{n<\/sub>和L_{n-1<\/sub>，所述方法还包括：}}

根据所述磁性浮子在所述测量重叠区中的位置，得到Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>的数值。}}

进一步地，所述根据所述磁性浮子在所述测量重叠区中的位置，得到Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>的数值，包括：}}

根据所述测量重叠区，利用预设的第一线性公式计算得到Q_{n<\/sub>，以及利用预设的第二线性公式计算得到Q_{n-1<\/sub>，以使得Q_{n<\/sub>+Q_{n-1<\/sub>＝100％，其中，所述第一线性公式的斜率为正数，所述第二线性公式的斜率为负数。}}}}

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请将磁致伸缩液位计的总量程拆分成多个小量程方式，每个测量单元只执行其所在测量范围内的小量程测量任务，当测量单元测量到磁性浮子时，可以得到测量到磁性浮子的测量单元与磁性浮子之间的距离，以及利用各测量单元之间的位置固定，可以确定磁性浮子所在液面的液位，有助于实现在提升测量量程的同时保证测量精度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的磁致伸缩液位计的结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的波导丝尾端设置阻尼器的示意图；

图3为本申请一个实施例提供的磁致伸缩液位计的测量单元与主控单元的结构示意图；

图4为本申请另一个实施例提供的磁致伸缩液位计的测量单元与主控单元的结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的液位测量方法的流程示意图；

图6为本申请一个实施例提供的相邻两个测量单元之间的重叠测量区域的示意图；

图7为本申请一个实施例提供的Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>在重叠测量区域变化的示意图。}}

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

图1为本申请一个实施例提供的磁致伸缩液位计的结构示意图；如图1所示，该磁致伸缩液位计包括：

固定器1；

多个测量单元2，多个所述测量单元2沿所述固定器1长度方向依次顺序固定在所述固定器1上；

多根波导丝3，多根所述波导丝3与多个所述测量单元2一一对应连接；

每根所述波导丝3均沿所述固定器1的长度方向设置，且上一根所述波导丝3的尾端至少延伸至下一根所述波导丝3的首端；

磁性浮子4，套设在所述固定器1上，当液面发生变化时，所述磁性浮子4 沿所述固定器1向上或者向下浮动，且在所述磁性浮子4自身形成的磁场中存在有所述波导丝3处于其中。

以下通过具体应用场景应用对上述实施例方案进行说明。

在一个应用场景中，使用磁致伸缩液位计测量液体液位，需要将磁致伸缩液位计竖直放置，将磁致伸缩液位计伸入液体中，使得磁性浮子漂浮在液面上，磁性浮子套设在固定器1上，当液面发生变化时，所述磁性浮子4沿所述固定器1向上或者向下浮动。本申请中的上一根所述波导丝3与下一根所述波导丝3的相对位置描述，是基于磁致伸缩液位计测量液体液位时的竖直放置状态的描述。

在实际应用中，固定器1可以为中空长杆结构，各个测量单元2及对应的波导丝3可以设置在固定器1的中空长杆结构内部，将固定器1的中空长杆结构密封后实现将测量单元2与水隔离。

对于磁性浮子，其能够漂浮在水面，可以由浮子和永久磁环制成，浮子具有一贯通孔，该贯通孔能够让所述固定器1通过，永久磁环可以设置在浮子中，环绕该贯通孔设置。

本申请中，各个测量单元2结合与之对应的波导丝3对磁性浮子的测量原理与相关技术中磁致伸缩液位计的测量原理相同，具体为：测量单元2通过在与其连接的波导丝3上施加激励脉冲信号，使激励脉冲信号沿波导丝3传输并在波导丝3周围产生脉冲磁场，当传播到磁性浮子4位置时，在此位置产生的脉冲磁场与磁性浮子4自身产生的磁场相作用，使得波导丝3产生磁致伸缩效应，进而使得波导丝3在此位置产生扭转波脉冲，扭转波脉冲波沿波导丝3向测量单元2方向传播，在测量单元2检测到扭转波脉冲波时，表明该测量单元 2检测到磁性浮子4，通过计算激励脉冲发出和检测到扭转波脉冲的时间差，可确定测量单元2和磁性浮子4之间的距离。

本申请中，因将磁致伸缩液位计的总量程拆分成多个小量程方式，每个测量单元2只执行其所在测量范围内的小量程测量任务，为了保证对磁性浮子的连续性测量，避免出现测量丢失区，需要在对液位测量时，一直有测量单元2 能够测量到磁性浮子4。为了实现上述目的，本申请中，每根所述波导丝3均沿所述固定器1的长度方向设置时，上一根所述波导丝3的尾端至少延伸至下一根所述波导丝3的首端，可以保证在液位测量时，一直有测量单元2测量到磁性浮子4。比如，上一根所述波导丝3的尾端正好延伸至下一根所述波导丝3的首端的情况，使得上一根所述波导丝3的尾端端面和下一根所述波导丝3的首端端面，形成互相完全错开，且处于同一平面的状态。

通过上述实施例方案，将磁致伸缩液位计的总量程拆分成多个小量程方式，每个测量单元2只执行其所在测量范围内的小量程测量任务，小量程测量任务能够保证测量精度，通过上一根所述波导丝3的尾端至少延伸至下一根所述波导丝3的首端，可以保证在液位测量时，一直有测量单元2测量到磁性浮子4。当测量单元2测量到磁性浮子4时，可以得到测量到磁性浮子4的测量单元2 与磁性浮子4之间的距离，以及利用各测量单元2之间的位置固定，可以确定磁性浮子4所在液面的液位，有助于实现在提升测量量程的同时保证测量精度。在具体应用中，可以实现磁致伸缩液位计的测量量程无限增大，而且还能保证测量精度。

在一个实施例中，如图1所示，所述上一根所述波导丝3的尾端至少延伸至下一根所述波导丝3的首端，包括：

上一根所述波导丝3的尾端超过下一根所述波导丝3的首端，但未超过下一根所述波导丝3的尾端，以使相邻的两个所述测量单元2具有测量重叠区。

通过本申请上述实施例方案，可以保证在液位测量时，一直有测量单元2 测量到磁性浮子4，同时也便于实际应用实施，具体体现为：上一根所述波导丝3的尾端正好延伸至下一根所述波导丝3的首端的情况，使得上一根所述波导丝3的尾端端面和下一根所述波导丝3的首端端面，形成互相完全错开，且处于同一平面的状态，该实施例情况在实际应用中，对于使首端端面和尾端端面同处于一个平面内的实施难度较大。同时，上一根所述波导丝3的尾端未超过下一根所述波导丝3的尾端，对每根波导线3形成的测量长度起到约束限制作用，不会过长使得上一根所述波导丝3的尾端超过下一根所述波导丝3的尾端。

通过该实施例方案，有助于便于实际应用实施，也有助于提升测量精度。

以下通过具体应用对上述实施例方案进行说明。

当液面发生变化时，磁性浮子4沿固定器1向上或者向下浮动，因且上一根波导丝3的尾端超过下一根波导丝3的首端，但未超过下一根波导丝3的尾端，磁性浮子4随液面沿固定器1向上或者向下浮动时，与处于液面处的波导丝3的位置关系可能是：有一根波导丝3处于所述磁性浮子4自身形成的磁场中，或者，有两根波导丝3处于所述磁性浮子4自身形成的磁场中。

多个测量单元2沿所述固定器1长度方向依次顺序固定，在实际应用中，磁致伸缩液位计使用时竖直设置，可以从上之下确定各个测量单元的依次顺序。比如，以图1为例，图1所示意的磁致伸缩液位计具有三个测量单元，竖直放置时，从上至下依次为：第一测量单元21、第二测量单元22和第三测量单元 23，相应地，与第一测量单元21连接的是波导线31，与第二测量单元22连接的是波导线32，与第三测量单元23连接的是波导线33。三个测量单元固定在固定器1上后，相邻测量单元间的距离一定。确定液位时，可以得到测量到磁性浮子4的测量单元与磁性浮子4之间的距离，以及利用各测量单元之间的位置固定，可以确定磁性浮子4所在液面的液位。

当仅有一根波导丝处于磁性浮子4自身形成的磁场中时，比如，仅有与第三测量单元23连接的波导丝33位于磁性浮子4自身形成的磁场中时，第三测量单元23能够测量到磁性浮子4，可以根据激励脉冲发出和检测到扭转波脉冲的时间差，确定出第三测量单元23和磁性浮子4之间的距离，然后因各个测量单元的位置一定，各个测量单元之间的距离一定，可以预设一个测量基准点，通过该预设测量基准点可以确定液位，比如，以第一测量单元21为测量基准点，根据第一测量单元21与第二测量单元22之间的距离，第二测量单元22与第三测量单元23之间的距离，以及第三测量单元23和磁性浮子4之间的距离，即可得到预设测量基准点与磁性浮子之间的距离，也即得到液位数值。

当有两根波导丝处于磁性浮子4自身形成的磁场中时，比如，液面上升，使得第三测量单元23对应的波导丝33和第二测量单元22对应的波导丝32处于磁性浮子4自身形成的磁场中，也即，磁性浮子4处于第二测量单元22和第三测量单元23的重叠测量区中，该重叠测量区可以保证磁致伸缩液位计对磁性浮子4全量程测量的连续性，不会有间断不能测到磁性浮子4的情况发生。对于有两根波导丝处于磁性浮子4自身形成的磁场中的液位确定，确定方式有多种，比如，当液位上升使得有两根波导丝处于磁性浮子4自身形成的磁场中时，可以设定仅通过位于上方的测量单元对磁性浮子4的测量来确定液位；或者，当液位下降使得有两根波导丝处于磁性浮子4自身形成的磁场中时，可以设定仅通过位于下方的测量单元对磁性浮子4的测量来确定液位。

进一步地，多个所述测量单元2等间距分布。可以使得各个测量单元2之间的距离也都是相同的，进而使得在液位的计算确认上变得简单。

进一步地，每根所述波导丝3形成的测量长度均相同。可以使得各个测量单元2的测量量程都是相同的，进而使得在液位的计算确认上变得简单。

进一步地，还可以是多个所述测量单元2等间距分布，并且每根所述波导丝3形成的测量长度均相同。可使得各个测量单元2的测量量程都是相同的，而且各个测量单元2之间的距离也都是相同的，使得在液位的计算确认上更加简单方便。

图2为本申请一个实施例提供的波导丝尾端设置阻尼器的示意图；如图2 所示，在一个实施例中，所述磁致伸缩液位计还包括：多个阻尼器5，多个所述阻尼器5一一对应连接在多根所述波导丝3的尾端，所述阻尼器5能够减弱吸收向所述波导丝3尾端传播的扭转波脉冲。

在具体应用中，在磁性浮子4处的波导丝3上，产生的脉冲磁场与磁性浮子4自身产生的磁场相作用，使得波导丝3产生磁致伸缩效应，波导丝3在此位置产生扭转波脉冲，扭转波脉冲沿波导丝3向波导丝3两端方向传播，向波导丝3首端方向传播的扭转波脉冲被测量单元2检测到，向波导丝3尾端方向传播的扭转波脉冲是多余的，为了避免其产生负面的影响，需要将向波导丝3 尾端方向传播的扭转波脉冲减弱吸收掉，通过在波导丝3尾端设置阻尼器5，当向波导丝3尾端方向传播的扭转波脉冲传到阻尼器5上时，能被阻尼器5减弱吸收。

上述相关实施例中，对液位的计算确定，可以通过主控单元实现。对于该主控单元，可以不包括在不申请中，用户使用时，从其他厂家购买；或者，本申请中也可以包括该主控单元，实现方便用户，基于此，在一个实施例中，所述磁致伸缩液位计还包括：主控单元6，所述主控单元6分别与多个所述测量单元2连接，用于接收测量到所述磁性浮子4的所述测量单元2发送的数据，并根据所述数据得到液位。

图3为本申请一个实施例提供的磁致伸缩液位计的测量单元与主控单元的结构示意图；如图3所示，在一个实施例中，所述测量单元2包括：第一处理器201、第一激励脉冲电路模块202、第一感应器203、第一接收放大模块204 和第一通信模块205；

所述第一处理器201与所述第一激励脉冲电路模块202连接，所述第一激励脉冲电路模块202与所述波导丝3连接；

所述第一处理器201与所述第一接收放大模块204连接，所述第一接收放大模块204与所述第一感应器203连接，所述第一感应器203设置在所述波导丝3的首端，用于感应检测传输至所述波导丝3首端的扭转波脉冲波；

所述第一处理器201与所述第一通信模块205连接。

对于上述实施例方案中的各个器件模块，在实际应用中，可以采用磁致伸缩液位计相关技术中的成熟应用。对于所述激励脉冲电路模块202与所述波导丝3的连接，激励脉冲电路模块202的正极与波导丝3的首端连接，波导丝3 的尾端与激励脉冲电路模块202的负极间通过一回路导线连接，以实现形成闭合回路。

如图3所示，进一步地，所述主控单元6包括：第二处理器601和第二通信模块602；

所述第二处理器601与所述第二通信模块602连接；

所述第二通信模块602与所述第一通信模块205连接，以实现所述主控单元6与所述测量单元2连接。

以下通过具体的应用说明，对上述相关实施例方案进行说明。

在具体应用中，第一处理器201用于控制第一激励脉冲电路模块202产生激励脉冲信号，以施加在波导丝3的首端上，使激励脉冲信号沿波导丝3传输并在波导丝3周围产生脉冲磁场。

在磁性浮子4处的波导丝3上，产生的脉冲磁场与磁性浮子4自身产生的磁场相作用，使得波导丝3产生磁致伸缩效应，波导丝3在此位置产生扭转波脉冲，扭转波脉冲沿波导丝3向波导丝3两端方向传播，向波导丝3首端方向传播的扭转波脉冲被第一感应器203感应检测到，然后发送给第一接收放大模块204对检测到的信号进行放大处理，第一接收放大模块204再将放大处理后的信号发送到第一处理器201中，第一处理器201利用其自带的AD采样模块，对接收到的放大信号进行采用处理，第一处理器201通过计算激励脉冲的发出和检测到扭转波脉冲的时间差，可确定测量单元2和磁性浮子4之间的距离。然后相应检测到磁性浮子4的测量单元2将确定出测量单元2和磁性浮子4之间的距离发送给主控单元6时，主控单元6可以确定出检测到磁性浮子4的测量单元2，这样主控单元6可以得到测量到磁性浮子4的测量单元2与磁性浮子4之间的距离，以及利用各测量单元2之间的位置固定，从而确定磁性浮子 4所在液面的液位。

图4为本申请另一个实施例提供的磁致伸缩液位计的测量单元与主控单元的结构示意图；如图4所示，在另一个实施例中，所述测量单元2包括：第二激励脉冲电路模块206、第二接收放大模块207和第二感应器208；

其中，所述第二激励脉冲电路模块206与所述波导丝3连接；

所述第二接收放大模块207与所述第二感应器208连接，所第二感应器208 设置在所述波导丝3的首端，用于感应检测传输至所述波导丝3首端的扭转波脉冲波。

如图4所示，进一步地，所述主控单元6包括：第三处理器603、发射选通开关604和接收选通开关605；

所述第三处理器603分别与所述发射选通开关604和所述接收选通开关 605连接，所述发射选通开关604分别与各个所述测量单元2的所述第二激励脉冲电路模块206连接，所述接收选通开关605分别与各个所述测量单元2的所述第二接收放大模块207连接。

以下通过具体的应用说明，对上述相关实施例方案进行说明。

在具体应用中，液位计主控单元6内的第三处理器603发出控制信号，通过发射选通开关604将该控制信号发送给选通的测量单元2的第二激励脉冲电路模块206，以使之产生激励脉冲信号，以施加在波导丝3的首端上，使激励脉冲信号沿波导丝3传输并在波导丝3周围产生脉冲磁场。

在磁性浮子4处的波导丝3上，产生的脉冲磁场与磁性浮子4自身产生的磁场相作用，使得波导丝3产生磁致伸缩效应，波导丝3在此位置产生扭转波脉冲，扭转波脉冲沿波导丝3向波导丝3两端方向传播，向波导丝3首端方向传播的扭转波脉冲被第二感应器208感应检测到，然后发送给第二接收放大模块207对检测到的信号进行放大处理，通过接收选通开关，第二接收放大模块 207再将放大处理后的信号发送到主控单元6的第三处理器603中，由主控单元6确定出磁性浮子4所在液面的液位。

在具体应用中，上述相关的感应器可采用感应线圈或者压电陶瓷，均可实现对扭转波脉冲的感应检测。

在具体应用中，所述发射选通开关604和所述接收选通开关605可采用相关技术中的选通开关产品，具有多个选通通道，每个选通通道对应一个测量单元。

图5为本申请一个实施例提供的液位测量方法的流程示意图，所述方法利用如上述任一项所述磁致伸缩液位计，如图5所示，该液位测量方法包括如下步骤：

S501、确定测量到所述磁性浮子的所述测量单元；

S502、根据确定出的所述测量单元计算得到液位。

上述测量方法实施例方案，利用本申请上述相关的磁致伸缩液位计，当确定出测量到所述磁性浮子的所述测量单元时，也即得到了测量到磁性浮子的测量单元与磁性浮子之间的距离，利用各测量单元之间的位置固定，可以确定磁性浮子所在液面的液位。有助于实现在提升测量量程的同时保证测量精度。在具体应用中，可以实现磁致伸缩液位计的测量量程无限增大，而且还能保证测量精度。

在一个实施例中，所述根据确定出的所述测量单元计算得到液位，包括：

根据确定出的所述测量单元，利用预设的计算公式计算出所述磁性浮子与预设测量基准点之间的距离；

根据计算出的所述距离得到液位。

在一个实施例中，所述预设的计算公式为：

其中，Q_{n<\/sub>+Q_{n-1<\/sub>＝100％；}}

i、j和n均为整数，且1≤i≤n，1≤j≤n-1；

当i＝1时，d_{0<\/sub>为第1个测量单元与所述预设测量基准点之间的距离；当i≥1 时，d _{i-1<\/sub>为第i-1个测量单元与第i个测量单元之间的距离；}}

当j＝1时，d_{0<\/sub>为第1个测量单元与所述预设测量基准点之间的距离；当j≥1 时，d _{j-1<\/sub>为第j-1个测量单元与第j个测量单元之间的距离；}}

Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>均为权重。}}

上述实施例方案，通过引入权重变量Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>，避免一个测量单元的测量结果突然跳变到另一个测量单元的测量结果，尤其测量重叠区的测量结果发生跳变，保证液位计测量结果的稳定性和连续性，从而使测量更精确可靠。}}

进一步地，如果确认出的所述测量单元仅为测量单元n，则Q_{n<\/sub>＝100％， Q _{n-1<\/sub>＝0；所述预设的计算公式简化为：}}

进一步地，如果确认出的所述测量单元为L_{n<\/sub>和L_{n-1<\/sub>，所述方法还包括：}}

根据所述磁性浮子在所述测量重叠区中的位置，得到Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>的数值。}}

上述实施例方案，根据所述磁性浮子在所述测量重叠区中的位置，得到Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>的数值，使得Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>的数值随磁性浮子在测量重叠区中的位置变化进行动态匹配变化，有助于实现由一个测量单元的测量平滑稳定过渡到另一个测量单元的测量。}}}}

图6为本申请一个实施例提供的相邻两个测量单元之间的重叠测量区域的示意图；图7为本申请一个实施例提供的Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>在重叠测量区域变化的示意图；如图6和图7所示，进一步地，所述根据所述磁性浮子在所述测量重叠区中的位置，得到Q_{n<\/sub>和Q_{n-1<\/sub>的数值，包括：}}}}

如图6和图7所示，AB为相邻测量单元之间的重叠测量区域，由A至B 方向，Q _{n<\/sub>从0％至100％递增逐渐递增，相应地，Q_{n-1<\/sub>从100％至0％逐渐递减。在测量重叠区，一个测量结果权重逐渐增加，另一个测量结果权重逐渐减小，但两者相加始终为100％，保证相邻两个测量单元在测量重叠区完成连续稳定测量过渡。}}

以下通过具体应用场景对上述相关实施例方案进行说明。

在一个具体应用中，磁致伸缩液位计具有第一测量单元和第二测量单元，磁致伸缩液位计竖直放置测量液位，第一测量单元在上，第二测量单元在下，两者相对位置关系如图6所示。

假设，开始时仅有与第二测量单元连接的波导丝处于所述磁性浮子自身形成的磁场中，可以确定出测量到磁性浮子的测量单元仅为第二测量单元，根据如果确认出的所述测量单元仅为测量单元n，则Q_{n<\/sub>＝100％，Q_{n-1<\/sub>＝0；确定使用的公式是：}}

对应于第二测量单元，磁性浮子与所述测量基准点之间的距离D＝L_{2<\/sub>+ d _{0<\/sub>+d_{1<\/sub>，其中，L_{2<\/sub>为第二测量单元测得所述磁性浮子得到的距离，d_{0<\/sub>为第一测量单元与所述预设测量基准点之间的距离；d_{1<\/sub>为第一测量单元和第二测量单元之间的距离。}}}}}}

在实际应用中，对于预设测量基准点，可以将第一测量单元所在位置设定为预设测量基准点，这样d_{0<\/sub>＝0，更加便于计算测量。}

随着液位上升，使得第一测量单元和第二测量单元处于所述磁性浮子自身形成的磁场中，此情况下，

D＝(L_{2<\/sub>+d_{0<\/sub>+d_{1<\/sub>)*Q_{2<\/sub>+(L_{1<\/sub>+d_{0<\/sub>)*Q_1<\/sub>}}}}}}

其中，L_{1<\/sub>为第一测量单元测得所述磁性浮子得到的距离，L_{2<\/sub>为第二测量单元测得所述磁性浮子得到的距离，d_{0<\/sub>为第一测量单元与所述预设测量基准点之间的距离；d_{1<\/sub>为第一测量单元和第二测量单元之间的距离。}}}}

对于Q_{1<\/sub>和Q_{2<\/sub>，可以根据它们对应的线性公式得到。}}

在具体应用中，可以将第一个测量单元设为预设测量基准点，将多个所述测量单元等间距分布，实现相邻测量单元间距离一定，使得预设计算公式更为简便，并且每根所述波导丝形成的测量长度均相同，实现仅利用一种权重变化趋势公式，实现对测量计算的优化。

在第一个测量单元设为预设测量基准点，多个所述测量单元等间距分布，并且每根所述波导丝形成的测量长度均相同时，所对应的预设的计算公式优化为：

D＝(L_{n<\/sub>+(n-1)d)*Q_{n<\/sub>+(L_{n-1<\/sub>+(n-2)d)*Q_n-1<\/sub>}}}

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为：表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

设计图

一种磁致伸缩液位计论文和设计

一种磁致伸缩液位计论文和设计-呼秀山

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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